JP2008234176A - 製造ラインの設計支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産タクトの変動や故障等に対する安定性が高く、生産コストを低減できる製造ラインを容易に設計できる設計支援技術を実現すること。
【解決手段】
搬送路上に製品を順次搬送させながら複数の自動機により当該製品に対する決められた作業を行う製造ラインの設計支援方法であって、複数の自動機のレイアウトを変更した複数の製造ラインモデルを作成するモデル作成工程（ステップＳ１０２）と、作成された各製造ラインモデルの生産タクトに基づく稼動シミュレーションにより、特定の製造ラインモデルを選定するモデル選定工程（ステップＳ１０３）と、特定された製造ラインモデルに対して、少なくとも生産タクトと自動機毎の故障率及び作業時間の安定性を示す指標に基づいて品質工学評価を行う評価工程（ステップＳ１０４）と、評価結果に基づいて、各自動機の稼動条件を設定する条件設定工程（ステップＳ１０５）と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、製造ラインの設計支援技術に関するものである。

複数の製造工程を有する製造ラインを設計する際には、複数の技術者が独立して各工程の設計を行うことが多い。このため、各技術者の有する情報が異なると、各工程は、その技術者毎に有する情報に基づいて設計されるため、各工程を接続した際に修正する点が多くなり、設計期間が長引く原因となる。

そこで、特許文献１では、コンピュータにより一元管理された情報に基づいて、製造ラインの仮想モデルを作成し、シミュレーションを行うことによって、製造ラインを設計する技術が開示されている。
特開２００３−４４１１５号公報

特許文献１で開示されている技術では、コンピュータにより一元管理された情報に基づいて、製造ラインの各工程を設計するため、製造ライン全体として、修正する点を減らすことができ、設計期間を短縮することができる。

しかしながら、製造ラインの設計では、設計期間の短縮化だけでなく、計画された生産タクトを満足し、生産タクトの変動や故障等に対して安定性の高い製造ラインを設計できることが重要である。また、設計された製造ラインが過剰機能の場合には、結果的にコストアップを招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、生産タクトの変動や故障等に対する安定性が高く、生産コストを低減できる製造ラインを容易に設計できる設計支援技術を実現することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明においては、搬送路上に製品を順次搬送させながら複数の自動機により当該製品に対する決められた作業を行う製造ラインの設計支援方法であって、前記複数の自動機のレイアウトを変更した複数の製造ラインモデルを作成するモデル作成工程と、作成された各製造ラインモデルの生産タクトに基づく稼動シミュレーションにより、特定の製造ラインモデルを選定するモデル選定工程と、前記特定された製造ラインモデルに対して、少なくとも前記生産タクトと前記自動機毎の故障率及び作業時間の安定性を示す指標に基づいて品質工学評価を行う評価工程と、前記評価結果に基づいて、各自動機の稼動条件を設定する条件設定工程と、を有することを特徴とする製造ラインの設計支援方法が提供される。

上記の請求項１に係る発明によれば、生産タクトの変動や故障等に対する安定性が高く、生産コストを低減できる製造ラインを容易に設計することができる。

請求項２に係る発明においては、前記条件設定工程では、更に前記自動機前後の保留製品数を設定してもよい。この構成によれば、前記自動機前後の保留製品数を適正に設定することができる。

また、請求項３に係る発明においては、前記製造ラインは自動車のエンジン組立ラインであり、前記自動機は、エンジンに部品を締結する締結装置と、エンジンからのオイル漏れの有無を検出するオイル漏れ検出装置と、を含むものであってもよい。この構成によれば、前記製造ラインが自動車のエンジン組立ラインであっても、上述と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、生産タクトの変動や故障等に対する安定性が高く、生産コストを低減できる製造ラインを容易に設計できる設計支援技術を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

また、後述する実施形態に対応した処理を実行するコンピュータプログラムが格納された記憶媒体を、上記コンピュータ本体に供給して、当該コンピュータ本体が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して、上記処理を実行するようにしてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る設計支援システムの機能構成を示すブロック図である。設計支援システムは、入力部１０と、制御・演算部２０と、出力部３０と、を備える。

入力部１０には、キーボード１１、マウス１２等のインターフェースが接続され、これらのインターフェースによって、ユーザが種々の入力操作を行うことができる。入力部１０には、製造ラインでの設備や作業者の配置に関するレイアウト情報１３が入力される。また、生産計画に関する生産計画情報１４、及び各設備が作業に要する作業時間、設備故障が発生する割合を示す故障率、設備故障が発生した際の復旧するまでに要する復旧時間等の工程能力情報１５が入力される。

なお、これらの入力情報は、ユーザにより随時入力されてもよいし、コンピュータに予め記憶されている情報を用いてもよい。また、随時更新される情報をネットワークに接続されたサーバから取得する構成としてもよい。

制御・演算部２０では、入力部１０で入力された情報に基づいて、ＣＡＥ解析２１として稼働シミュレーションが行われる。ここでは、入力部１０で生産計画情報１４として設定した生産タクト毎の出来高（生産台数）、製造ラインモデル毎の出来高（生産台数）、ＳＮ比及び感度で示される因子効果、及び最適因子水準が算出される。

ここで、ＳＮ比と感度に基づいて、製造ラインを評価する手法は、品質工学の分野において、一般的に用いられる手法である。ＳＮ比とは、信号因子Ｓと誤差因子Ｎとの比率を示す指標であり、ＳＮ比が大きいということは、バラツキが少なく、安定した製造ラインであることが言える。また、感度とは、目標値との差を示す指標であり、感度が小さいということは最適条件に近いということが言える。なお、ＳＮ比の評価と感度の評価とが異なる場合には、ＳＮ比の評価を優先する。

出力部３０には、ディスプレイ３１が接続され、制御・演算部２０での稼働シミュレーションの結果等をディスプレイ３１上に出力する。この出力情報としては、製造ラインのバランスを示す動特性情報３２、稼働率毎の出来高を示す情報３３、ＳＮ比と感度による評価結果を示す因子効果情報３４、因子効果情報３４に基づいて設定された最適因子水準３５等が挙げられる。

図２は、本発明の一実施形態に係る設計支援システムの動作手順を示すフローチャートである。まず、入力部１０を介して、種々のパラメータが入力される（ステップＳ１０１）。この入力情報に基づいて、制御・演算部２０において、複数の自動機のレイアウトを変更した複数の製造ラインモデルを作成する（ステップＳ１０２）。次に、作成された各製造ラインモデルの各生産タクトにおける稼動シミュレーションにより、特定の製造ラインモデルを選定する（ステップＳ１０３）。次に、制御・演算部２０において、特定された製造ラインモデルに対して、少なくとも生産タクトと自動機毎の故障率及び作業時間の安定性を示す指標に基づいて、品質工学評価を行う（ステップＳ１０４）。その後、品質工学上の評価結果に基づいて、各自動機の稼動条件を設定する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５では、自動機前後の保留製品数についても設定される。上述の処理により得られた結果がディスプレイ３１上に出力される（ステップＳ１０６）。

本発明の一実施形態として、製造ラインが自動車のエンジン組立ラインである場合を想定して、製造ラインのレイアウトのモデル作成処理、モデル選定処理、評価処理、及び条件設定処理について、具体的に説明する。

＜モデル作成処理（ステップＳ１０２）＞
自動車のエンジン組立ラインでは、自動機が種々の処理を行う複数の自動機工程（本実施形態では、自動機工程Ａ乃至Ｃ）と、作業者が種々の手作業を行う手作業工程（本実施形態では、手作業工程Ａ乃至Ｃ）と、で構成されており、両者が交互に配置される。また、この製造ラインは、複数の自動機工程と手作業工程とが搬送路で接続され、この搬送路上にエンジンを順次搬送させながらエンジンに対する種々の作業を行うものである。まず、複数の自動機工程と手作業工程の内から、製造ラインの稼働率に大きく影響する工程（ネック工程）を選択する。この選択手法には種々の手法があるが、異常が発生した際に、復旧（停止・復帰・品質確認）に要する時間、その復旧時間のバラツキ、及び異常が発生する頻度等に基づいて選択される。なお、手作業領域は、製造ラインの稼働率に影響を及ぼさないため、自動機工程のみを選択対象とする。

図３乃至５は、一実施形態に係るモデル作成処理により作成された製造ラインのレイアウトを示す図である。図３乃至５で示すように、自動機工程Ｂは、手作業工程Ｂ及び手作業工程Ｃの間に配され、これらの工程と同期して動作する工程である。また、自動機工程Ｂは、ヘッドカバー締付装置１１０、クランクプーリー締付装置１２０、及びＣＰＴリークテスト装置１３０を備える。ヘッドカバー締付装置１１０及びクランクプーリー締付装置１２０は、エンジンに部品（ヘッドカバー又はクランクプーリー）を締結する締結装置であり、部品を締め付ける機能だけでなく、締め付ける際のトルクを検出し、正常なトルク値で締付が行われているか否かを検出する機能を備える。ＣＰＴリークテスト装置１３０は、部品組付が完了したエンジンからのオイル漏れの有無を検出するオイル漏れ検出装置であり、加圧エアを内部に供給し、マスターチャンバとの圧力差が有るか否かを検出することでオイル漏れの有無を検出する。ヘッドカバー締付装置１１０及びクランクプーリー締付装置１２０は、設備故障時の復旧時間を長く必要としないため、バッファは少なくてよいが、ＣＰＴリークテスト締付装置１３０は、設備故障時の復旧時間を長く必要とするため、バッファを多く設定する必要がある。

図３で示す自動機工程Ｂ（モデル１）と、図４で示す自動機工程Ｂ（モデル２）との違いは、ＣＰＴリークテスト装置１３０の前後のバッファ数に基づいて、搬送経路をコの字形（オーバーヘッド型とも呼ぶ。破線１０１で示す。）に設定するか、直線上（連結型とも呼ぶ。破線１０２で示す。）に設定するかの違いである。また、モデル２と、図５で示す自動機工程Ｂ（モデル３）との違いは、手作業工程で用いられる部品容器を自動機工程でもエンジンと共に搬送する（セット搬送方式）か、又は部品容器のみを搬送するバイパス経路で搬送する（バイパス搬送方式とも呼ぶ。破線１０３で示す。）かの違いである。

＜モデル選定処理（ステップＳ１０３）＞
次に、このような異なる製造ラインのレイアウトを選定する処理について説明する。まず、モデル１又はモデル２を選定するために、ＣＰＴリークテスト装置１３０の前後のバッファ数が異なる複数の製造ラインモデルに関して稼働シミュレーションを行う。図６は、一実施形態のモデル選定処理による稼働シミュレーションの結果を示す図である。製造ラインモデルＡ〜Ｃは、ＣＰＴリークテスト装置１３０の前後のバッファ数が多いためオーバーヘッド型にする必要があり、製造ラインモデルＤ〜Ｇは、ＣＰＴリークテスト装置１３０の前後のバッファ数が少ないため、連結型とすることができる。図６で示す結果によれば、ＣＰＴリークテスト装置１３０の前後のバッファ数を多くすれば、出来高が大きくなり、損失台数も少なくなることがわかる。しかしながら、バッファ数を多くした場合、特にオーバーヘッド型にした場合には、製造ラインが長くなり、コストが掛かってしまう。このため、稼働シミュレーションで得た結果と、設置スペース、コスト等を勘案した上で、採用する製造ラインモデルを選定する。本実施形態では、製造ラインモデルＥ（モデル２）を採用することとする。

次に、モデル２又はモデル３を選定するために、生産タクトを幾つかの水準に分けて稼働シミュレーションを行う。図７において、（ａ）はバイパス搬送方式での稼働シミュレーション結果であり、（ｂ）はセット搬送方式での稼働シミュレーション結果である。図７（ａ）、（ｂ）において、目標値とは、各生産タクトに設定した際に、設備故障等の誤差因子が生じない場合の値を示し、能力とは誤差因子を考慮した実際の値を示すものである。図７（ａ）、（ｂ）で示すように、生産タクトを高くすれば、能力が目標値に近づいていく、すなわち、設備故障等の誤差因子が生じない状態に近づいていくことがわかる。また、両者のシミュレーション結果を比較すると、セット搬送よりもバイパス搬送を行う場合の方が誤差因子が生じにくいことがわかる。従って、本実施形態では、バイパス搬送を行うモデル２を採用することとする。

＜評価処理（ステップＳ１０４）＞
このようにして特定された製造ラインモデル（モデル２）に対して、少なくとも生産タクトと自動機毎の故障率及び作業時間の安定性を示す指標に基づいて品質工学評価を行う。図８において、（ａ）は各自動機の制御因子を示す図、（ｂ）は各自動機の信号因子を示す図、（ｃ）は各自動機の誤差因子を示す図である。図８（ａ）で示すように、各自動機毎に、故障率、作業時間（サイクルタイム）、自動機前後のバッファ数を制御因子として、３段階の水準１〜３を設定する。また、図８（ｂ）で示すように、生産タクトを信号因子として、３段階の水準Ｍ１〜Ｍ３を設定する。また、図８（ｃ）で示すように、各自動機毎に故障時間を誤差因子として２段階の誤差因子Ｎ１、Ｎ２を設定する。

このようにして設定した制御因子、信号因子、及び誤差因子に基づいて、品質工学の分野で一般的であるＬ１８直交表を用いて、最適因子水準の検証、評価を行う。図９は、Ｌ１８直交表を用いた評価用フォーマットを示す図である。また、図１０において、（ａ）は各制御因子毎のＳＮ比の分布を示す図、（ｂ）は各制御因子毎の感度の分布を示す図である。図１０（ａ）は、横軸に制御因子Ａ〜Ｈ、縦軸にＳＮ比を設定し、各制御因子の水準毎のＳＮ比を比較するためのものである。また、図１０（ｂ）は、横軸に制御因子Ａ〜Ｈ、縦軸に感度を設定し、各制御因子毎の感度を比較するためのものである。

ＳＮ比は、生産のバラツキを示す指標であり、数式（ＳＮ比＝信号因子／誤差因子）で求めることができる。ＳＮ比が高い値である場合には、誤差因子が小さいことを示すため、生産のバラツキが少なく、安定した生産を行うことができる。このため、各制御因子毎にどの水準が最も高い値であるかを図１０（ａ）から読み取り、各パラメータを設定することができる。図１０（ａ）では、最も高い値を丸で囲んでいる。一方、感度は、出来高を示す指標であり、高い値であるほど生産性が高いと言える。このため、ＳＮ比と同様に各制御因子毎にどの水準が最も高い値であるかを図１０（ｂ）から読み取り、各パラメータを設定することができる。図１０（ｂ）では、最も高い値を丸で囲んでいる。しかしながら、ＳＮ比と感度との間で最も高い値を取る水準が異なる場合もある。本実施形態では、制御因子Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｈで異なる。この場合には、生産のバラツキを抑制することを優先するため、ＳＮ比での評価結果を優先する。

＜条件設定処理（ステップＳ１０５）＞
次に、ＳＮ比での評価で選定された条件と、感度での評価で選定された条件とで稼働シミュレーションを行って比較することによって、ＳＮ比での評価を優先してよいか否か、すなわち、ロバスト性（強靱性）を有するか否かを検証する。この検証でロバスト性を有すると判断された場合には、ＳＮ比での評価結果に基づいて、各自動機の稼働条件が設定される。

本実施形態によれば、生産タクトの変動や故障等に対する安定性が高く、生産コストを低減できる製造ラインを容易に設計できる設計支援技術を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る設計支援システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る設計支援システムの動作手順を示すフローチャートである。 一実施形態に係るモデル作成処理により作成された製造ラインのレイアウトを示す図である。 一実施形態に係るモデル作成処理により作成された製造ラインのレイアウトを示す図である。 一実施形態に係るモデル作成処理により作成された製造ラインのレイアウトを示す図である。 一実施形態に係るモデル選定処理による稼働シミュレーションの結果を示す図である。 （ａ）はバイパス搬送方式での稼働シミュレーション結果であり、（ｂ）はセット搬送方式での稼働シミュレーション結果である。 （ａ）は各自動機の制御因子を示す図、（ｂ）は各自動機の信号因子を示す図、（ｃ）は各自動機の誤差因子を示す図である。 Ｌ１８直交表を用いた評価用フォーマットを示す図である。 （ａ）は各制御因子毎のＳＮ比の分布を示す図、（ｂ）は各制御因子毎の感度の分布を示す図である。

符号の説明

１０ 入力部
２０ 制御・演算部
３０ 出力部
１１０ ヘッドカバー締付装置
１２０ クランクプーリー締付装置
１３０ ＣＰＴリークテスト装置

Claims (3)

1. 搬送路上に製品を順次搬送させながら複数の自動機により当該製品に対する決められた作業を行う製造ラインの設計支援方法であって、
   前記複数の自動機のレイアウトを変更した複数の製造ラインモデルを作成するモデル作成工程と、
   作成された各製造ラインモデルの生産タクトに基づく稼動シミュレーションにより、特定の製造ラインモデルを選定するモデル選定工程と、
   前記特定された製造ラインモデルに対して、少なくとも前記生産タクトと前記自動機毎の故障率及び作業時間の安定性を示す指標に基づいて品質工学評価を行う評価工程と、
   前記評価結果に基づいて、各自動機の稼動条件を設定する条件設定工程と、
   を有することを特徴とする製造ラインの設計支援方法。
2. 前記条件設定工程では、更に前記自動機前後の保留製品数を設定することを特徴とする請求項１に記載の製造ラインの設計支援方法。
3. 前記製造ラインは自動車のエンジン組立ラインであり、前記自動機は、エンジンに部品を締結する締結装置と、エンジンからのオイル漏れの有無を検出するオイル漏れ検出装置と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造ラインの設計支援方法。

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