3次元組立作業動画の作業時間導出方法の研究

成 膜 大 学 理 工 学研 究 報 告
J.Fac.Sci.Tech,SeikeiUniv.
Uo1.49No.2(2012)pp.69-74
3次 元 組立 作 業 動 画 の 作 業 時 間導 出 方 法 の 研 究
篠 田
心 治*1,小
寺
抄=z
AStudyontheTimeCalculationMethodof3DimensionalAssemblyOperationAnimations
ShinjiShinoda*',AtsutakaKodera*Z
ABSTRACT:Inthefieldofmanufacturingbusinessaimtoreducebothproductionpreparationleadtime
andthecost,whichcanberealizedbyavoidingthetraditionalprototypeassessmentstepatthedesigning
andproductionpreparationstage,byutiliz血gtheproducts'3DCADdata.Torealizesuchgoalstheauthors
havebeenworkingonthestudythatproposespossiblealternativeplansforanoperationasvirtually
animatedoperations,byautomaticallygeneratingasmanyplansasthepossibleassemblysequences.This
studyproposesthemethodforcalculatingthetimevalue,whichenablestoevaluatetheanimationsfrom
timeaspect,byapplyingMTMandMODAPTmethodsemployedinPTSmethod.Whatcharacterizesthe
proposedmethodisthatitcangeneratethetimevaluesdirectlybasedonthenecessaryinformation
extractedfromtheproducts'3DCADdata.
Keywords:VirtualFactory,3DCAD,PTS,MTM,MODAPTS
(ReceivedSeptember21,2012)
1.は
こ とが で き る。 この よ うに,工 場 の 生 産 管 理 を行 う上 で,
じめ に
時 間値 で の 作 業評 価 を行 うこ とは極 め て重 要 な 要 素 で あ
る と言 え る。 ま た,現 状 作 業 が 与 え られ た 元 で,時 間値
迅 速 な 商 品 開 発 が 求 め られ る 現 在 の 生 産 業 界 に お い
て,生
産 ラ イ ン の 立 ち 上 げ を"試
作 品"を
方 法 が 注 目 を 集 め て い る 。こ れ は,3DCADデ
組 立 作 業 の3次
元CG(ComputerGrapMcs,以
画 」 と 呼 ぶ)を 作 成 し て,試
を求 め る方 法 は提 案 され て い た が,設 計 時 の3DCADの
用いずに行 う
段 階 で 多 くの代 替 案 に対 し自動 的 に 時 間値 を求 め る方法
ー タ を 用 い,
後
は提 案 され て い な い。
「
組立動
以 上 よ り,本 研 究 で は3DCADが
作 品 を作 る前 段 階 で 生 産 準備
プ ロ セ ス を 完 結 す る も の で あ る 。 こ れ に よ り,リ
ー ドタ
す べ て の組 立順 序 の数 の組 立動 画 に対 して,時 間値 を導
出す る考 え方,方 法 に っ い て提 案す る。
イ ム 短 縮 と コ ス トの 削 減 を 目指 して い る 。
こ の よ うな 背 景 に 対 し,組
立 動 画 を 自動 で 作 成 し工 程
や 作 業 の 案 を 検 討 す る 方 法 が 提 案 さ れ て い る 。 こ れ らの
方 法 で は,1っ
2.PTS法
素 作 業 の 数,両
手の
従 来 研 究 に お い て 組 立 動 画 は,著
や りづ ら さ な ど を 用 い 評 価 さ れ て い た1)鰯 。
しか し,両
の 適 用
の 完 成 品 を 作 り出 す 全 て の 組 立 順 序 の 数
だ け の 作 業 の 代 替 案 が 導 出 さ れ,要
移動距離
与 え られ た 段 階 で,
(VirtualFactoryDescriptionLana,age)と
手 の 移 動 距 離 が 少 な い 作 業 や や りづ ら さ の
少 な い 作 業 を 評 価 す る こ と も 確 か に 必 要 だ が,実
者 ら に 提 案 したVFDL
表 現 され て い る3〕。VFDLと
際の工
は,組
呼ば れ る言 語 で
立 動 画 で 出 力 され る 作
業 者 の 詳 細 な 動 作 を 文 章 構 造 で 表 した も の で,1っ
の
場 で は 時 間 の か か らな い 作 業 が 重 要 視 さ れ る 。 ま た,時
VFDLで1っ
の 組 立 順 序 を 表 し,組
立順 序 の数 だ け存 在 す
間 値 に よ り工 場 の 工 程 編 成 や ラ イ ン バ ラ ン ス も 考 慮 す る
る。VFDLの
ス テ ッ プ は,「 伸 ば す 」,「掴 み 取 る 」,「運 ぶ 」,
「
組 立 て る 」,「 放 す 」,「置 き 放 す 」 と い っ た 動 作 か ら成 り
*1:成
膜 大 学 理 工 学 部 教 授(shinoda@st
:z:(株)日
立 っ て い る。 ま た,部
.seikei.ac.jp)
立製 作所
品 の位 置 情 報 や
「
伸 ば す 」,「運 ぶ 」
の ス テ ッ プ に お け る 手 の 移 動 距 離 な ど の 情 報 も含 ま れ て
一69一
成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告
い る(表1参
照)。 時 間 値 導 出 に あ た り,VFDLの
各 ステ ッ
Vo1.49No.2(2012.12)
表2
基本動作
プ に 対 し時 間 値 を 導 出す る こ と を 考 え る 。
変動 因
距離 ・到着 位置 ・動作 の タイプ
Reach(手 を伸 ば す)
Move(ぶ)
Grasp(つ
F
4
0
0
0,129
1044
0
0
0
5
0
1
0
0
0,258
1
6
0
1
0
0
0,258
1
.6
0
97
0
1024.5
7
0
1
0
0
1,548
.6
97
97
3169,856
左手
F
3169,856
5り
4201,357
Position(定
0
0
一70
F
4229,957
は め合いの 度合 い・取 り扱 い難易 度
き1まな す)
す}
付加 的な 力
方MODAPTS法(Moduar
一70
一42
作 時 の使 用身 体部
位 と所 要 時 間 と の 関 係 に 注 目 し た も の で あ る。 人 間 の 上
肢 の 動 作 を 移 動 動 作 と終 局 動 作,そ
の 他 の 動 作 に 分 け,
21種 類 の 記 号 で 表 し て い る。 ま た,と
用 い,IMODを0.129秒
1
1024.5
1024.5
い う単位 を
と 定 義 し て い る。 さ ら に,動
分 類 番 号 と 時 間 値 と を 一 致 させ,簡
組立移動するFSET
APP
OFFSET
動 作 のタイプ
はめ合 いの度 合い ・
対 称性 ・
取 り扱 い難易 度
置 す る)
ApPlyPressure(お
から
A
B
目的物 の状 態 ・大きさ
な す)
PredeteraminedimeStandards)は,動
F
運ぶ
1
Disengage(ひ
一200
A
B
Release(は
1
0
距 離 ・目的 地の 状態 ・
動作 のタイプ・
重量
か む}
作
単 に 時 間値 が 計 算 で
き る よ うに な っ て い る。
表3
時 間 値 の 導 出 は,従
来 で は ス トッ プ ウ ォ ッ チ に よ り実
測 が 基 本 で あ る が,こ
VFDLの
の 方 法 の 適 用 は 難 し い 。 よ っ て,
各 ス テ ップ に 時 間 値 を 導 出 す る に あ た り,国
際
的 に 認 め ら れ た 「規 定 時 間 」PTS法5)(Predeterminedime
Standard)を
用 い る こ と に した 。PTS法
と は,す
間 の 行 う作 業 を 基 本 動 作 に 分 析 し,各
べての人
指の
定義
M2
手の
5
M3
M4
M5
前腕
腕の
伸ば
15
に は,MODAPTS法,MTM法
30
45
4MOD,つ
照)。 腕 を 使 っ た 動 作 で あ れ ばM4よ
ま り0516秒
はMTM法
方 法 で あ るMTM法
ま ず,MTM法
Measuremeと
な い情
ステ
を 中 心 と した 時 間 値 導
の 中 で も,簡 易 的 な
とMODAPTS法
に 注 目 し,比
出 方法 を提 案 す る。
較 した 。
と は メ ソ ッ ドタ イ ム 設 定 法(Methodi
4.MODAPT
呼 ば れ,「 手 を 伸 ば す 」,「運 ぶ 」,「定 置
す る 」 な ど の 基 本 動 作 か ら 成 っ て い る 。 そ し て,基
作 ご と に さ ま ざ ま な 変 動 因 が 存 在 し,そ
本動
前 章 で はMODAPTS法
れ に よっ て 時 間
こ の 章 で は,さ
値 が 変 化 す る(表2参
lTMUを0.036秒
に 比 べ,少
間 値 を 求 め る こ と が で き る 。 そ の た め,シ
ム 化 す る に あ た り,MODAPTS法
を 適 用 す る に あ た り,PTS法
り
と な る。
こ の よ う に,MODAPTS法
の 比
報 で,時
PTS法
この身 体
部 位 を 動 か し た か と い う情 報 だ け で 時 間 値 を 求 め る こ と
等の手
が で き る(表3参
とMODAPTS法
2.5
例 え ば,「 手 を 伸 ば す 」 と い う動 作 の 場 合,ど
法 が あ る。
3.MTM法
移 動 距 離(約cm)
基 本 動 作 に 対 し,
そ の性 質 と条件 に応 じて 定 め られ た 時 間値 を 当 て は め る
方 法 で あ る 。PTS法
記号
M1
照)。TMUと
を 適 用 す る こ と を 提 案 し た が,
ら に 詳 し くMODAPTS法
に つ い て説 明す
呼 ば れ る 単 位 を 用 い,
と定 義 し て い る 。
ま た,そ
る。
れぞれの時
ま ず,「 移 動 動 作 」,「終 局 動 作 」,「そ の 他 の 動 作 」
に つ い て説 明す る。
間 値 は デ ー タ カ ー ド と 呼 ば れ る も の に 記 載 さ れ て い る。
例 え ば,「 手 を 伸 ば す 」 で あ れ ば,距
位 置 に 伸 ば す の か,乱
離 の 情 報,決
「
移 動 動 作 」 と は 物 に 手 を 伸 ば し た り,運
動 作 で あ る 。MODAPTS法
雑 に 置 か れ た 中 の 目的 物 に 手 を 伸
ば す の か な ど の 到 着 位 置 の 情 報,始
の 動 作 で 使 わ れ る,"身
め か ら一 定 の 速 度 の
い る 。 ま た,そ
動 作 な の か,徐
々 に加 速 して い く動 作 な の か な どの 動 作
タ イ プ の 情 報,の3つ
の 情 報 が 必 要 に な り,そ
ん だ りす る
まった
に お い て は,表3の
体 部 位"に
よ うに そ
よ り時 間値 を 区別 して
の 移 動 距 離 の 目安 も示 し て あ る 。
「
終 局 動 作 」 と は,手
を 伸 ば し て か ら物 を 掴 む 動 作,
れ らに よ
物 を 運 ん で か ら置 く動 作 で,移
り時 間 値 が 決 定 す る 。
動 動 作 が行 われ た後 の 目
的 を 達 成 す る た め の 動 作 で あ る 。表4の
一70一
よ う に,GetとPut
成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告
の2種
類 に 分 け ら れ る。 掴 む 動 作 の 場 合 は,表4の
にGO∼G3の3つ
よ う
に 分 類 さ れ る。 例 に あ る よ うに,マ
チ 箱 を 掴 む よ うな 容 易 な 動 作 の 場 合 はGlと
Vo1.49No.2(2012.12)
応 させ る 。 ま た,「 掴 み 取 る 」,「組 立 て る 」,「放 す 」,「置
ッ
き 放 す 」 は 終 局 動 作 に 対 応 させ る 。 最 後 に
な り,机 の 上
「
持 ち 直す 」
を そ の 他 の 動 作 に 対 応 させ る 。
の コ イ ン を 掴 む よ うな 注 意 力 を 必 要 と す る 動 作 はG3と
表6
な る 。 次 に 置 く 動 作 の 場 合 は,注 意 力 を 要 す る か ど うか
で,表4の
よ う にPO∼P5の3つ
よ うに,ボ
ー ル ペ ン に キ ャ ッ プ を は め る よ うな,目
な が ら 簡 単 に 行 え る 動 作 をP2と
伸ばす
運ぶ
組立移動する
掴み取る
で見
し,ネ ジ の 溝 に ド ラ イ バ
ー の 先 端 を あ て は め る よ うな 複 雑 な 動 作 をP5と
MODAPTS
VFDL
に 分 類 され る 。 例 に あ る
す る。
移動動作
G1,G3
組 立てる
記号
定義
例
P2
指または手 のひらで物 に触れ る動作
押しボタンに触れる
G1
指を閉 じるだけの簡単なつかみ動作
マッチ 箱 をつ か む
〈1>伸 ば す,運
G3
注意 力を要し、単 純に指 を閉じるだけで
机の上 にピタッとおい
は行えないような複雑または難しいつか
てある座金 をつかむ
み 動作
注意をしないで大体の位 置に物を置 く動
作(目で見な〈ても行 える動作 〉
を 区 別 し て い た が,VFDLに
注 意 力を 要 し、1回 の 修 正 動 作 を行 って
物 を置 く動 作
(目 で見 な が ら少 しの 修 正 を 行 う動 作)
注 意 力を 要 し、2回 以 上 の 修 正 動 作 を
行 って物 を 置 く動 作
(目 で見 な が ら行 う最 も複 雑 な動 作)
P2
P5
PO
その他
GO
PO
P2,P5
終局動作
放す
置き放す
持ち直す
表4
M1^-M5
R2
次 に そ れ ぞ れ の 動 作 に つ い て 細 か く対 応 させ る 。
ぶ,組
MODAPTS法
部 品を机の上 に
普通に置く
立 移 動 す る(移 動 動 作
で は,使
用 す る 身 体 部 位 に よ り,時
よ う に 距 離 に よ り 定 義 し,対
ボールペンに
キ ャップ をは め る
3で
対 応 す る に あ た り,表7の
応 させ る 。 距 離 の 定 義 は 表
示 し て あ っ た 移 動 距 離 の 目安 を 使 い,そ
安 の 中 間 値 を と り,そ
ネジの 溝にドライバー
の先 端をあてはめる
間値
れ ぞれ の 目
の動 作 の範 囲 と した。
表7
「そ の他 の 動 作 」 とは,移 動,終 局 動 作 以 外 の 手 の 動
記号
作 を補 っ て い る動 作 で あ る。 表5に そ の 一 部 を示 した。
E2は
目の動 作 で,作 業 者 が何 か を注 意 深 く検 査 した り,
次 の 作 業 を 行 う前 に1つ の領 域 を 見 渡 した り,何 か に 焦
指の
M3
M4
M5
前腕の動作
腕の
点 合 わせ す る場 合 の 動 作 で あ る。R2は 物 を掴 み 直 す 動 作
で,鉛 筆 を掴 ん で か ら字 を 書 こ うとす る場 合 な どに 現 れ
る。D3は,動
移動距離
0^-3.75cm
3.75^-10cm
10^-22.5cm
22.5^-37.5cm
37.5^-60cm
伸 ば しきった腕 の 動
〈2>掴み 取 る(終 局 動 作)
作 と動 作 の 間 に 現 れ る瞬 間 的 判 断 と決 定 の
た め の 時 間 で あ る。A4は,非
定義
M1
M2
この対 応 に は,組 立 作 業 のや りづ ら さを評 価 した 先行
常 に き つ い バ ル ブ な どを 開
研 究 の情 報 を用 い る4)。 先 行 研 究 で は,組 立 作 業 を 「取
け よ うとす る 動 作 な どに 現 れ る。
る」 「
位 置 決 め」 「
組 付 け 」 の プ ロセ ス に分 類 し,そ れ ぞ
れ に細 か な評 価 指 標 を設 け る こ とで評 価 を行 っ て い る。
表5
記号
E2
R2
D3
A4
目の 動 作 。「30度以 内 の 視 線 移 動 」「
焦 点合 わせ 」
VFDLの
表8
つ か み な お し。指 先 で物 をつ か み な お す 動 作
瞬間 的判 断とそれ に反応 しての 対応 動作全 体
カをこめて画 鋲を止 めるような圧 力を加 える動作
5.MODAPTS法
VFDLの
そ の評 価 指 標 は 以 下 の とお りで あ る。
定義
を用 いた 時 間 値 導 出 方 法
各 ス テ ッ プ に 対 し て 時 間 値 を 導 出 す る た め に,
各 動 作 をMODAPTS法
の 他 の 動 作 に 表6の
の 移 動 動 作 と終 局 動 作,そ
よ う に 対 応 させ た 。VFDLの
す 」,「運 ぶ 」,「組 立 移 動 す る 」 の 動 作 は,移
「伸 ば
8の
動動作に対
一71一
「取 る 」 を 参 照 し,大
き さ(小),厚
み,取
り扱
成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告
い 注 意,の
い ず れ か に や りづ ら さ が あ れ ばG3と
以 外 をGlに
し,そ れ
対 応 させ る。
〈3>組 立 て る(終
局 動 作)
こ の 対 応 に も や りづ ら さ の 先 行 研 究 の 情 報 を 用 い る。
表8の
Vo1.49No.2(2012.12)
「
位 置 決 め 」 を 参 照 し,部
品 対 称 性,接
触 点,特
殊 組 付 け の い ず れ か に や りづ ら さ が あ れ ばP5と
対 応 させ る 。 ま た,方
向 注 意 の や りづ ら さ が
あ れ ば,Pの
値 にD3を
置 決 め 箇 所 数 の や りづ
ら さ が あ れ ば,Ml,E2を
順
序60000
数
し,そ れ
以 外 をP2に
付 加 し,位
組
3""
時間値(秒)
付 加 し,対 応 さ せ る。 さ ら に,
「組 付 け 」 の や りづ ら さ が あ れ ば,そ
の他 の 動 作 で 圧 入
図1
を 意 味 す るA4を
〈4>放 す(終
付 加 し,対
応 させ る。
こ の 結 果 か ら,製
局 動 作)
触 れ て い た 手 を 放 す の で,POに
〈5>置 き 放 す(終
で3通
対 応 させ る。
局 動 作)
り存 在 す る こ と が 分 か っ た 。 ま た,実
で71
万 通 り の 中 で も か な り早 い 作 業 で あ る こ と が 分 か る 。
対 応 させ る。
の 他 の 動 作)
次 に,時
持 っ て い る 物 の 方 向 を 変 え る 動 作 よ り,R2に
と 図2の
対応 さ
間 値 とVFDLの
ス テ ップ 数 との 相 関 図 を作 る
よ うに な る。
せ る。
次 に,時
際に現場で
行 な わ れ て い る 作 業 順 序 で の 時 間 値 は,10Ll94秒
決 ま っ た 場 所 に 置 く の で,P2に
〈6>持 ち 直 す(そ
品Aの 最 短 の 組 立 時 間 は,99.517秒
ステップ数 と時間 値の 相 関図
間 値 導 出 ア ル ゴ リズ ム に つ い て 説 明 す る 。
1.VFDLの1つ
の ス テ ップ に つ い て,動 作 の 種 類 を 明 ら か
に す る。
2.各 動 作 に つ い て 上 の5.1の
ル ー ル に 対 応 さ せ,時 間 値 を
求 め る。
3.同 様 に し て,す
べ て の ス テ ッ プ に つ い て,1,2を
繰 り
図2
返 す こ と で 時 間 値 を 導 出 す る こ と が で き る 。そ れ に よ り,
1つ のVFDL,つ
ま り1つ
ス テ ッ プ 数 と 時 間 値 の 相 関 係 数 を 出 す と,と
の 組 立 順 序 に 対 し時 間 値 を 導 出
す る こ と が で き る 。 さ ら に,そ
のVFDLか
り,正
ら時 間値 の 入
っ た組 立 動 画 を 得 る こ とが 可 能 とな る。
の 相 関 が あ る と言 え,ス
な
テ ップ数 が増 加 す る と時
間 値 も増 加 し て い る こ と が 分 か る 。
2の 赤 い 丸 は,時 間 値 が 最 短 の 組 立 作 業 順 序 で あ る 。
6.適
用結 果
これ を 見 る と,時
間 値 と ス テ ッ プ 数 も最 少 に な っ て い る
こ とが分 か る。
こ の 方 法 をT社 の 製 品Aに 適 用 し た 。 製 品Aは 部 品 数 が
37個
の 製 品 で,組
そ の71万
立 順 序 が71万
通 り存 在 す る 。 今 回 は
通 り の 組 立 順 序 そ れ ぞ れ に 対 す るVFDLに
ア ル ゴ リ ズ ム を 適 用 し,71万
さ ら に,時
た(図3参
間 値 の 入 っ たVFDLか
照)。
この
通 りす べ て の 時 間 値 を 導 出
した。
求 め た 時 間 値 を ヒ ス トグ ラ ム に し た(図1参
照)。
図3
一72一
ら組 立 動 画 を 導 出 し
成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告
7.結
論
本 研 究 で は,MODAPTS法
とVFDLを
対応 させ る こ とに
よ っ て,時
間 値 の 入 っ たVFDLを
求 め る こ とが で き た。
さ ら に,時
間値 に 対 して 動 く組 立 動 画 を 作 成 す る こ と も
可 能 とな っ た。
本 研 究 の 方 法 を 用 い る こ と に よ り,設
デ ー タ だ け か ら,す
計 時 の3DCAD
べ て の組 立順 序 に 対 し時 間 値 を 自動
で 導 出 で き る よ うに な っ た 。 そ し て,時
評 価 が 可 能 と な り,最
間 値 に よ る作 業
も効 率 の よい 作 業 を 知 る こ とが 出
来 る。
参考文献
篠 田 心 治,丹
羽 明,他10名,「
部 品 か ら完 成 品 ま で
の 網 羅 的 な 仕 事 の 代 替 案 を 表 現 ・評 価 す る バ ー チ ャ
ル ・フ ァ ク ト リー の 基 礎 的 考 察 一 手 を 用 い た 組 立 作
業 の 場 合 一 」,日本 経 営 工 学 会 論 文 誌,Vbl.53,No.2,
pp.139-149,2002年
篠 田 心 治,丹 羽 明,他6名,「3DCADデ
ー タ を用
い
た 新 た な 生 産 準 備 プ ロ セ ス 構 築 の 基 礎 的 研 究 」IE
レ ビ ュ ー 誌,Vbl.44,No.4,pp.73-80,2003年
Shinjiinoda,Kazuhirohimozawa,他4名:「
PROPOSAL
OTYPE-FREE
PRODUCTION
PARATPROCESSES
UTILIZING
NIMATIONS"he
Industrial
Systems,
Hir
,
ngnageme
ol8,No2,pp」09-120,2009年
Yamanaka,oshiyukiatsumoto,nji
Shinoda,
Akira:「ANDAMENTAL
STUDY
CREATING3DIMATI
ASSEMBLY」,
Industrialneeriandanagements,
Vo111,No.2,pp.188-195
藤 田 彰 久:「
新 版IEの
基 礎 」,建
吊 社,1997年
一73一
Vo1.49No.2(2012.12)