2018 Fiscal Year Research-status Report
Operational strategy and automatic design method for construction of ICT and IoT systems for multi-process handling operation and cell production
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18K04606
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
荒川 雅裕 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70288794)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ICT・IoT / 多工程持ち作業 / セル生産 / 工程設計 / 作業設計 / 自働化 / 設計情報 / ロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，多品種少量生産における，手の動きによる作業を中心とする多工程作業に対して，生産性向上と作業ミス削減を継続的に進めるしくみの構築を目的とする．はじめに，手組み作業を中心とする多工程作業に着目し，製品設計情報(図面情報など)から作業設計と工程設計を一貫して行うことで生産工程を自動設計するシステムを開発する．そして，多工程作業・セル生産を対象とする工程の ICT・IoT化や自動化を進めるにあたり，作業設計や工程設計から得られた作業情報を利用した複数の視点からのシステム化を検討することで多様な現場に適用できるシステムを開発する．システム開発だけではなく，現実場に適したシステムの設計の方法や導入の方法論も検討する．
今年度は研究計画に含まれる，(1)製造対象の製品設計の特徴分析と作業設計，(2)作業設計情報を利用した工程設計，(3) 工程分析と工程改善に基づく製造現場のシステム化，に関する各技法とシステムの開発を行った．(1)では部品組み立て作業に対して，CADから部品構造や接続の情報を抽出し，作業の困難さを評価することで作業を容易にする部品組み立て順序を決定する方法を開発した．開発した方法から得られた順序を利用して実機による組み立て作業によって方法の効果を明らかにした．さらに，部品構造から類似製品に対する作業の類似性を評価する方法を提案した．(2)の方法では作業設計の情報から，作業方法の決定と作業時間の見積もりを行う方法と工程設計の方法を組み合わせることで開発を行った．(3)では既存の生産工程に対して工程改善のルールを設定することで工程の基礎設計を行う方法を開発している．基礎設計案について工程設計の最適問題として数理モデルを構築し，設計の自動化法を開発している．これらにより，作業・工程設計の自動化とともに，IoT・自動化システムの自動設計の方法の構築を進めている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請時における研究対象として，(1)製造対象の製品設計の特徴分析と作業設計，(2)作業設計情報を利用した工程設計，(3) 工程分析と工程改善に基づく製造現場のシステム化，(4)工程に対するICT・IoT化，自動化の導入とフィードバックによる生産改善機能，に対する技法とシステムの開発を設定した．
今年度はこの中で (1),(2),(3)については理論的な手法および情報システムとして開発を行い，予定する結果が得られており，システムとして完成している．これらの成果は2019年の複数の国際学会で発表予定である．また，(3)の課題では方法は構築しているが，現在，システムの開発を進めている．これらの問題では，申請時点において解決方法の想定ができていなかったが，社会人教育での講義を通して解決法を見つけることができ，現在，IoTシステムとしての開発を進めている．上記の状況から，予定している課題の3/4はほぼ完了しているとともに，IoTに関する社会人教育のコンテンツ作成と参加者の課題回答から，製造現場で問題となる新しい課題(継続的に現場を改善する分析する能力とIoTシステム案を企画設計する能力が不足している点)が明らかとなり，(4)の課題を解決するための有効な情報となると考えられる．(4) の研究に関する多工程持ち作業に対する(ロボットによる)自動化システムの開発および基本設計の自動化システムについても，現在，作業者の作業のビデオデータから動作を抽出して，ロボットの単純作業に置き換える画像解析の開発を進めている．開発が終了すれば，(1)～(3)の課題の技術を利用することで，目的とする開発が進められると考えられる．
上記の理由から，申請時での課題に対して現在では計画以上に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
残りの2年間では申請時の課題の中で，(3) 工程分析と工程改善に基づく製造現場のシステム化，(4)工程に対するICT・IoT化，自動化の導入とフィードバックによる生産改善機能のシステム化を中心に最適解探索のための方法の開発，ICT・IoTシステムと自動化システムの開発を行う．(3)については既存の生産ラインの作業者の作業プロセスを保存したビデオデータから，既存の生産工程に対して工程改善のルールを設定し，工程の基礎設計を行う方法を開発している．その後，基礎設計から，工程設計による数理モデルを構築し，最適問題として工程設計を行う方法の開発を進める．現在，工程内の作業のビデオ情報から作業者の移動，作業の手の動きを抽出し，作業時間や速度，部品配置や工程の配置を分析する処理を開発している．分析後，ボトルネック，まとめ処理などの問題のある工程を選定し，規則に基づき改善を行う処理のシステム化を行う．
(4)では多工程持ち作業に対して、作業者の作業の動画から手の動きから腕と手のワイヤーフレーム情報と部品の種類による配置情報を組み合わせることでMTM法による作業手順の自動作成を行うシステムを開発する．そして，この作業手順とワイヤーフレームの情報からロボットおよび自働化装置の動作に置き換えることで，ハンドのリンク機構の設計や簡略化した自動化装置の設計を自動に行う処理を開発する．
これらシステムを統合することで，多工程持ち作業を自動化装置に変更できるだけでなく，単純動作の装置の組み合わせに変更することができるため，低コストで汎用性の高いシステムが構築できると考えている．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は，本購入予定であった簡易ロボットやICT・IoTシステム構築用のPCや電気回路装置の一部が別目的の予算で購入でき，本研究においても利用できたために発生した．
次年度では本年度の研究を継続するため，画像処理の技術を高めるとともにロボットを柔軟に設計開発するために以下の設備の購入を予定している．(a)画像処理用コンピュータ， (b)３Ｄプリンター，(c)イレクターパイプおよび接合器具 (台車およびAGV用)一式,(d) 小型高解像度カメラ, (e) 電子回路装置．(a)と(d)は画像解析を行うための装置である．(b)はロボットハンドの作成に，(c)と(e)はIoTシステムや自動化装置の開発に利用する．
また，研究成果の報告のため，日本機械学会や日本設備管理学会などへの論文投稿やICPR2019(International Conference of Production Research 2019)， APIEMS2019 (Asia Pacific Industrial Engineering and Management Science)の国際学会，日本経営工学会，日本機械学会などへの国内学会への発表を予定している．
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