JP2009142949A - フレキシブル生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル生産システムにおいて、簡単な構成により、機器の稼働率を低下させることなく、生産性を維持すると共に、従来よりも生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応可能とする。
【解決手段】本生産システム１は、搬送用コンベア３で搬送される被組み付け品に対して組付作業または加工作業を行うエリアである人セルとロボットセルから成る複数の機能セルＦＣを備えたシステムであり、機能セルＦＣの稼働率を低下させることなく生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応するために、各機能セルＦＣの機能変更や機能セルＦＣに配置される自動機Ａ，Ｂ等の配置変えを行う。割当決定装置２は、人セル当たりの人数が設定付与された人セルＭＣの個数とロボットセルＲＣ１等の個数入力に応じて、各機能セルＦＣにおける作業時間が均一化されるように組付作業または加工作業に要する時間が既知の機械特性を持つ自動機Ａ，Ｂ等を選択して各機能セルＦＣに割り当てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セル生産方式のフレキシブル生産システムに関する。

近年、製品生産方式の一つである大量生産向きのいわゆるコンベアライン生産方式のシステムに代わって、生産量の増減や多品種変量生産に柔軟に対応できるフレキシブル生産システムが徐々に拡がってきている。従来からのライン生産方式のシステムでは、コンベアラインに沿って複数のステーションを設け、各ステーションに作業者と生産設備、工具、部品、部材などを配置している。製品のもとになるワークは、コンベアラインによって順にステーション間を搬送され、各ステーションにおいて部品の組付けなどの所定の作業工程が施されて製品として出荷される。

上述のコンベアライン生産方式は、通常、コンベア専用装置等の設備などに多大の投資が必要であり、また、製品機種変更や生産量増減などに対応するには大掛かりなライン再編成や設備改造が必要となることが多く、柔軟な対応が困難であり、設備の導入や改造に際して長期の生産停止が強いられることがある。

フレキシブル生産システムは、例えば、自動車産業や電機産業の分野における消費者ニーズの変動や多様化の高まりに対応する必要性から、多くの機種を少量ずつ必要なだけ生産するのに適したシステムである。このシステムの例として、いわゆるセル生産システムがある。セル生産システムは、１人の作業者が所定のセルと呼ばれる作業場所で複数の作業工程を行って1つの製品、または複数工程毎の完成品を作り上げる自己完結性の高いシステムである。セル生産システムやこのシステムを用いたセル生産方式は、作業者の多能工化を推進でき、製品仕様変更への対応が容易であり、また設備投資が少なくて済むという利点がある。

ところで、セル生産システムにおいて、ワークへの部品組付けなどの作業者による作業を、ロボットに代替させることも行われる。すなわち、作業者としての人がセルに配置された人セルに代えて、ロボットが作業者としてセルに配置されたロボットセルによって、セル生産システムが構成される。

上述のようなロボットセルによるセル生産システムにおいて、１台のロボットが複数種類の作業工程を行って複数の製品をバッチ的に生産する場合に、種類の異なる作業工程に応じてロボットハンドを交換したり、必要なワークや部品を自動で適切に準備したりする必要がある。そこで、このような交換や準備に要する時間を短縮すべく作業工程の順番やシステム構成を工夫した物品組付け装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、フレキシブル生産システムを、セル生産システムで構成する場合に、単独のセルで構成する場合の他に、複数のセルを組み合わせる場合もある。なお、セル生産システムにおいて、ロボットセルは通常１セル当たり１ロボットであるが、人セルは１セル当たり作業者が１人の場合の他に、数人でチームを編成して１セルで作業を行うこともある。このようなセル生産システムを取り入れたフレキシブル生産システムは、従来のライン生産方式のシステムに比べて、製品機種変更や生産量増減などにより柔軟に対応することができる。
特開平８−１９７３４３号公報（特許第３５２８２９７号）

しかしながら、上述したようなセル生産システムを適用したフレキシブル生産システムにおいては、さらに柔軟に、より短時間で、生産数量の増減に対応することが求められている。例えば、生産システムをロボットセルと人セルの混合によって構成している場合に、生産量の減少に対応するために、ロボットセルの稼働率を落とさないで、人セルを整理して余剰作業者を他の作業に回すことができれば、生産コストの低減が可能である上に、より柔軟すなわちフレキシブルなシステムとなる。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、機器の稼働率を低下させることなく、生産性を維持すると共に、従来よりも生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応できるフレキシブル生産システムを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、搬送路に沿って被組み付け品を周回搬送する搬送手段と、前記搬送手段によって搬送されてきた被組み付け品に対して組付作業または加工作業を行うエリアとして設定された複数の機能セルと、を備えたフレキシブル生産システムにおいて、前記各機能セル内に配置されて前記被組み付け品に対して部品を組み付ける組付作業または加工作業を行う、該作業に要する時間が既知の機械特性を持つ複数の自動機と、前記各機能セルに対してどの機械特性の自動機を何台割り当てるかを決定する割当決定手段と、を備え、前記複数の機能セルは、前記自動機に対する被組み付け品および部品の供給取り出し作業をロボットが行うロボットセルと、前記供給取り出し作業を人が行う人セルとを含み、前記割当決定手段は、前記ロボットセルと人セルの各々の個数および人セルに設定付与される人数が入力されることにより、これら入力情報と前記各自動機の機械特性に基づいて、各機能セルの作業時間が均一化されるように各機能セルに対する前記自動機の割り当てを決定するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のフレキシブル生産システムにおいて、前記搬送路は、始点と終点とが同位置になるように構成されているものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のフレキシブル生産システムにおいて、人セルが１箇所に集中するように、または搬送路に沿って連続するように配置されているものである。

請求項１の発明によれば、各機能セルに対する自動機の割り当てによって各機能セルにおける作業時間が均一化されるので、個々の自動機などの機器や機能セルの稼働率を低下させることなく、生産性を維持すると共に、従来よりも生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応できる。すなわち、本発明は、生産量の増減に柔軟に、つまりフレキシブルに対応できるように、作業工程を複数の機能セルに配分可能とするものである。生産量の増減に応じて、使用する人セルとロボットセルの各個数、人セルに設定付与される人数、および各自動機の数や種類（各自動機の機械特性）を予め決定しておくことにより、割当決定手段によって容易に生産システムの構築や再構築が可能であり、生産数量の増減に柔軟に対応できる。各機能セルのサイクルタイムが一定になるように機器の配置構成ができ、各機能セルの稼働率を低下させることなく、生産数の増減に対応することが可能である。

請求項２の発明によれば、搬送路の始点と終点を同位置にすることで、ワークすなわち被組み付け品を投入する場所と、完成品を取り出す場所とを１箇所に集約でき、投入や取り出しのための移動距離を減らして作業効率を上げることができる。また、部品を搬送路を用いて搬送する場合も、同様に、その部品の供給場所を被組み付け品投入場所と同じにでき作業効率を上げることができる。

請求項３の発明によれば、人セルを１箇所に集中または搬送路に沿って連続するように配置するので、人セルにおける作業割り当て変更が容易となる。また、作業時間が少ないにもかかわらず複数の作業者を離れた場所に配置するなどという不具合を回避でき、省人数化や少人数化が可能となる。

以下、本発明の実施形態に係るフレキシブル生産システムについて、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示し、図２は同生産システムの他の適用例を示し、図３は図１、図２に示したフレキシブル生産システムにおける構成を比較して示す。以下、主に図１によってフレキシブル生産システム１の概要を示し、その後、詳細説明を行う。

フレキシブル生産システム１は、図１に示すように、搬送路３０を備えて被組み付け品を周回搬送する搬送手段である搬送用コンベア３と、搬送用コンベア３によって搬送される被組み付け品に対して組付作業または加工作業を行うエリアとして設定された複数（本例では４つ）の機能セルＦＣと、機能セルＦＣ内に配置され、被組み付け品に組み付ける部品の供給や被組み付け品に対する加工等を行う自動機Ａ，Ｂ等（後述）と、各機能セルＦＣに対して各自動機Ａ，Ｂ等を選択して割り当てる割当決定装置２と、を備えた、いわゆるセル生産方式の生産システムである。さらに、フレキシブル生産システム１は、人セルＭＣとロボットセルＲＣ１等の両方を含む混合セル（ハイブリッドセル）によるフレキシブル生産システムである。

このフレキシブル生産システム１は、機能セルＦＣの稼働率を低下させることなく生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応することを可能とするものであり、その対応のために各機能セルＦＣの機能変更や機能セルＦＣに配置される自動機Ａ，Ｂ等の配置変えを効率的に行う。逆に、自動機Ａ，Ｂ等の配置変えにより、各機能セルＦＣの機能変更が行われる。このような配置変えの結果、例えば、図１は増産時の構成とされ、図２は減産時の構成とされている。

機能セルＦＣは、被組み付け品に対する組付作業または加工作業を１機能セルＦＣ毎に１台づつ設定されたロボットＲ１等が行うロボットセルＲＣ１等と、被組み付け品に対する組付作業または加工作業を１名または複数名の人が行う人セルＭＣ等と、によって構成される。図１に示す例では、それぞれロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３が配置された３つのロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３と、３人の人ｍ１，ｍ２，ｍ３が配置された１つの人セルＭＣとによる構成が示されている。

割当決定装置２は、上述のように、人セルＭＣ当たりの人数として３名が設定付与された人セルＭＣの個数１、およびロボットセルＲＣ１等の個数３が入力されることにより、その個数入力に基づいて、図１に示すような自動機の割り当てを行っている。すなわち、割当決定装置２は、各機能セルＦＣの作業時間が均一化されるように各機能セルＦＣに対する自動機Ａ，Ｂ等の割り当てを行っている。

この場合、より一般的に述べると、各自動機Ａ，Ｂ等は、各機能セルＦＣ内に配置されて被組み付け品に対して部品を組み付ける組付作業または加工作業を行う、該作業に要する時間が既知の機械特性を持っており、複数の機能セルＦＣは、自動機Ａ，Ｂ等に対する被組み付け品および部品の供給取り出し作業をロボットＲ１等が行うロボットセルＲＣ１等と、供給取り出し作業を人ｍ１等が行う人セルＭＣ等とを含み、割当決定装置２は、ロボットセルＲＣ１等と人セルＭＣ等の各々の個数および人セルＭＣ等に設定付与される人数が入力されることにより、これら入力情報と各自動機Ａ，Ｂ等の機械特性に基づいて、各機能セルＦＣの作業時間が均一化されるように各機能セルＦＣに対する自動機Ａ，Ｂ等の割り当てを決定する。

上述のように、作業時間が均一化されるということは、各機能セルＦＣ間で待ち時間がなく、各機能セルＦＣが効率的に稼動することを意味する。つまり、各機能セルＦＣのサイクルタイムが一定となるように自動機を含む各機器が配置構成される。

図１に示す例では、割当決定装置２によって、ロボットセルＲＣ１に自動機Ａ，Ｂ、ロボットセルＲＣ２に自動機Ｃ、ロボットセルＲＣ３に自動機Ｄ，Ｅが割り当てられ、人セルＭＣに自動機Ｆ〜Ｌが割り当てられている。

各自動機Ａ，Ｂ等は、標準化と汎用化およびユニット化が行われており、各ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３などの間で交換可能とされている。このように、各自動機Ａ，Ｂ等の標準化や汎用化がなされていることにより、割当決定装置２が上述の割り当てを行うことが可能となっている。

また、各自動機Ａ，Ｂ等は、標準化や汎用化およびユニット化がなされて、ロボットセル間のみならず、人セルとロボットセル間においても、自動機の移動や設置が容易に行えるように構成されており、さらに各自動機はユニット化により単独稼動が可能とされている。そこで、人でもロボットでもハンドリング可能なようにワークの受渡部を設計しておくことにより、人でもロボットでもワークを自動機に対する投入と取出を行うだけで所定の工程を完了することができる。

本実施形態のフレキシブル生産システム１によれば、各機能セルＦＣに対する自動機Ａ〜Ｌの割り当てによって各機能セルＦＣにおける作業時間が均一化されるので、個々の自動機Ａ〜Ｌなどの機器や各機能セルの稼働率を低下させることなく、生産性を維持すると共に、従来よりも生産数量の増減に柔軟かつ容易に対応できる。

すなわち、本発明は、生産量の増減に柔軟に、つまりフレキシブルに対応できるように、作業工程を複数の機能セルに配分可能としたものである。生産量の増減に応じて、使用する人セルＭＣとロボットセルＲＣ１等の個数、および各セルに割り当てる自動機の数や種類（組付作業または加工作業に要する時間が既知の自動機の機械特性）、人セルＭＣにおける人数、などを予め決定しておくことにより、割り当て設定手段によって容易に生産システムの構築が可能であり、生産数量の増減に柔軟に対応できる。

次に、図１に示したフレキシブル生産システム１の構成、およびその構成における生産の様子をより詳細に説明する。上述の割当決定装置２は、ＣＰＵやメモリや外部記憶装置や表示装置や入力装置や通信装置などを備えた一般的な構成を備えた電子計算機および電気計算機上のプロセスや機能の集合により構成できる。また、割当決定装置２は、その機能を用いて、システムのレイアウト情報を記憶したり、表示して提示したり、上位システム１０や機能セルＦＣ内の各機器との情報通信をしたりすることができる。

フレキシブル生産システム１における機器のレイアウトは、人セルＭＣとロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３とをこの順番で直列に配置し、各ロボットセルの配列と平行に搬送用コンベア３を配置し、搬送用コンベア３への投入口３ａと取出口３ｂとを人セルＭＣとロボットセルＲＣ１の境界に配置した構成となっている。搬送用コンベア３として、例えば、周回フリーフローコンベアを好適に用いることができる。

上述の周回フリーフローコンベアは、リング状にフリーフローコンベアの搬送路が接続されたコンベアである。また、フリーフローコンベアは、例えば、ベルトによって搬送路が形成され、そのベルトは稼働中に常時動いているがベルトとその上の搬送物とはスリップするように作られている。そこで、搬送物を各機能セルＦＣの位置で適宜せき止めることにより、ベルトと搬送物とはスリップ状態を継続するので、この状態で搬送物に対する加工や取り出し、移動などの作業を行うことができる。

ところが、上述のフリーフローコンベアではない従来のベルトコンベアでは、ベルトと搬送物とがスリップしないので、搬送物に対する作業時にはベルトを停止する必要がある。コンベアが動いていないと搬送物が後工程へ流れないので、搬送物がつかえてしまい、新たな投入ができない。従って、搬送効率を上げようとすると、投入サイクルを遵守しなければならない。

この点、上述のフリーフローコンベアでは、ベルトは常時動き、搬送物は後工程へと流れるので、新たな搬送物の投入が可能である。つまり、フリーフローコンベアでは、位置決めを必要とする部分において搬送物を固定でき、その他の搬送物は流れ続けるので、投入サイクルを遵守しなくてもよいことになる。

次に各ロボットセルを説明する。各ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３の略中央部には、それぞれロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３が配置されている。また、各ロボットＲの周囲には、例えば、ロボットセルＲＣ１の場合、ユニット化された自動機Ａ，Ｂが配置されている。自動機Ａ，Ｂは、例えば、部品供給パレタイザ、調整機、ねじ締め機などの自動機器である。他の自動機Ｃ，Ｄ，Ｅも同様である。

また、上述のロボットとして、例えば、水平多関節ロボット、通称スカラロボット（ＳＣＡＲＡ： Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｒｏｂｏｔ Ａｒｍ）を好適に用いることができる。スカラロボットは、産業用ロボットの一種であって水平方向にアームが動作するロボットであり、部品の挿入やねじ締めなどの自動組立作業に好適なロボットである。また、自動機としてのパレタイザは、物をパレット上に自動積載する装置である。

各ロボットＲ１等と各自動機Ａ，Ｂ等とは、各セル内で通信を行っており、これらは、常に互いに同期して動作する。また、各ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３は、不図示の通信装置を介して上位システム１０との間で相互に生産情報、例えば作業工程毎の開始や完了の情報などを通信している。この生産情報は、品種切替や機器トラブルに速やかに対応するために用いられる。

人セルＭＣには自動機Ｇ〜Ｌが配置されている。これらの自動機Ｇ〜Ｌは、複雑組立作業や検査梱包作業を行うための自動機である。これらの自動機の中には、人が介助して作業を行う半自動機を含めることができる。人セルＭＣ内の領域Ｏ，Ｐ，Ｑには、部品棚などが配置されている。自動機Ｌは、完成品を搬出するための搬出作業専用機であり、矢印３ｄで示すように、自動機Ｌから、部品を組み付けられて完成した完成品が搬出される。

また、人セルＭＣには、上述したように、ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３に通じる搬送用コンベア３の投入口３ａ、取出口３ｂが設けられている。搬送用コンベア３は、周回する構成となっており、その搬送路３０上を搬送用パレット３１が周回搬送される。

被組み付け品、すなわちワークは、搬送用パレット３１にセットされ、人セルＭＣの投入口３ａから投入され、搬送用コンベア３によってロボットセルＲＣ１に向けて搬送される。ワークは、その後、各ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３において、部品の組付けと搬送用コンベア３による搬送が行われて、最終的に人セルＭＣにおける取出口３ｂから取り出される。

人ｍ１，ｍ２，ｍ３は、主にコネクタ結線や拭取作業のように、ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３にとって複雑とされる作業を行う。ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３は、主にワークを自動機へ投入したり取出したりする作業を行う。このロボットＲ１等と各自動機Ａ，Ｂ等の作業として、例えば、回路基板の組立のような単純作業がある。各工程とその順序は、このような単純作業を行うことが可能なように設定されている。

以下、フレキシブル生産システム１の動作例を説明する。まず、人セルＭＣ内において、搬送用コンベア３上を移動する搬送用パレット３１に部品ｘ１（ワーク）と部品ｘ２（いずれも不図示）がセットされて、搬送用コンベア３で搬送開始される。ロボットセルＲＣ１のロボットＲ１は、搬送用コンベア３でセル内に搬送されてきた搬送用パレット３１から、部品ｘ１を取り出して組立ステーション４にセットする。

次に、ロボットＲ１は、部品ｘ３（不図示）を自動機Ｂから取り出し、組立ステーション４にセットしている部品ｘ１に部品ｘ３を組み付ける。部品ｘ３は前回のサイクルにおいて、ロボットＲ１によって自動機Ａから自動機Ｂへと投入され、自動機Ｂによって調整を完了している部品である。なお、自動機Ａは不図示の部品棚から部品ｘ３を取り出して処理を行っている。部品ｘ３の組み付を終えた部品ｘ１（ワーク）は、組立ステーション４から搬送用パレット３１にハンドリング（移載）され、搬送用コンベア３によってロボットセルＲＣ２へと搬送される。

ロボットセルＲＣ１から搬送されてきたワーク（部品ｘ１）は、ロボットセルＲＣ２のロボットＲ２によって搬送用パレット３１から組立ステーション５にセットされる。ロボットＲ２は、搬送用パレット３１上から部品ｘ２を取り出し、組立ステーション５上にあるワークに部品ｘ２を組み付ける。ワークは、部品ｘ２の組み付け後、ロボットＲ２によって、ロボットセルＲＣ２内に配置されている自動機Ｃに投入される。ロボットＲ２は、次に前サイクルで工程を完了しているワークを取出し、搬送用パレット３１にセットする。工程を終えたワークは搬送用コンベア３によってロボットセルＲＣ３へと搬送される。

ロボットセルＲＣ２からロボットセルＲＣ３に搬送されてきたワークは、ロボットＲ３によってハンドリングされて搬送用パレット３１から自動機Ｄに投入される。ロボットＲ３は、前サイクルで工程を終えて自動機Ｅに保管されているワークを取り出して搬送用パレット３１へとハンドリングする。

ロボットセルＲＣ３から搬出された搬送用パレット３１は、搬送用コンベア３によって人セルＭＣに回送される。搬送用パレット３１によって人セルＭＣに戻ってきたワークは、他の部品ｘ４（不図示）の組み付けや外観検査、梱包などの人作業が行われて完成品となる。完成品は自動機Ｌから搬出される。

次に、図２に示す減産時のレイアウトとされたフレキシブル生産システム１を説明する。このレイアウトのフレキシブル生産システム１は、機能セルＦＣの稼働率、中でも特にロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３の稼働率を低下させることなく生産数量の減産に対応するレイアウトとされている。その基本的な考えは、いわばロボットの多能工化によって、人の作業範囲をロボットに肩代わりさせて、省人化（少人化）を図るものである。一般に、人における多能工とは、１人が１つの職務しか持たない単能工に対して、１人で複数の職務を遂行できる労働者のことである。

そこで、本実施形態のフレキシブル生産システム１では、各ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３を多能工化するために、自動機Ａ，Ｂ等を活用する。すなわち、自動機Ａ，Ｂ等のレイアウトを変更することにより、各ロボットＲ１，Ｒ２，Ｒ３に割り当てる自動機Ａ，Ｂ等の台数を増やしてを多能工化を達成している。

例えば、ロボットセルＲＣ１におけるロボットＲ１に対して配置される自動機は、量産時の自動機Ａ，Ｂ（図１）に変えて、自動機Ｈ〜Ｌとされている。自動機Ｈ〜Ｌは、もともと人セルＭＣに配置されていた自動機である。ロボットＲ１に対する自動機は、量産時に２台であったものが、減産時には５台に増加されている。

また、ロボットセルＲＣ２におけるロボットＲ２に対して配置される自動機は、量産時の自動機Ｃ（図１）に変えて、自動機Ａ，Ｂとされている。自動機Ａ，Ｂは、もともとロボットセルＲＣ１に配置されていた自動機であり、自動機の台数が１台から２台に増加している。

また、ロボットセルＲＣ３におけるロボットＲ３に対して配置される自動機は、量産時の自動機Ｄ，Ｅ（図１）に変えて、自動機Ｃ，Ｄ，Ｅとされ、量産時の場合よりも１台増加している。また、ロボットセルＲＣ３には、新たに組立ステーション６が設けられている。

また、自動機ＬがロボットセルＲＣ１に配置されていることから、完成品の搬出はロボットセルＲＣ１から行われることになる。このため、人セルＭＣにおける人ｍ１が、矢印３ｃで示すように、完成品（不図示）を搬送用コンベア３に再投入する。ロボットＲ１は、再投入された完成品を、自動機Ｌに投入して、完成品の搬出を行う。

図３は、上述の量産時と減産時（それぞれ図１、図２）のフレキシブル生産システム１における各機能セルＦＣの構成を比較して示している。この図は、各機能セルＦＣにおける工程数の比較図にもなっている。本実施形態の例の場合、量産時の工程表１１において、人セルＭＣについての工程数がロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３についての工程数より多く、減産時の工程表１２において、逆に、人セルＭＣについての工程数がロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３についての工程数より少ない。

上記のフレキシブル生産システム１の構成において、人セルＭＣの人数は、量産時の３人から減産時の１人に減少され、省人化（少人化）が達成されている。このことが、図３の比較図によっても示されている。さらに説明すると、上記の自動機の配置変更により、各機能セルＦＣのサイクルタイムの延長が行われている。その結果、ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３の工程負担を増加させ、人セルＭＣの工程負担割合を減少させて、省人化（少人化）が行われる。

このように、本実施形態のフレキシブル生産システム１によると、工程負担割合を変更することにより、各機能セルＦＣのサイクルタイムを均一化して、生産数の増減に容易に対応することが可能である。例えば、量産時のサイクルタイムが１０秒で、減産時にサイクルが１５秒となる場合に、生産数は１／３減少となるが、自動機やロボット等の機器の稼動率を維持したまま作業者数を３人から１人へと、２／３削減ができる。

また、本実施形態におけるフレキシブル生産システム１について、その特徴点をさらに説明する。すなわち、図１に示すフレキシブル生産システム１において、人セルＭＣが、１箇所に配置され、部品とワークの投入取出部が集約されている。このため、部品とワークの搬送を容易に行うことができる。

また、搬送用コンベア３（フリーフローコンベア）は、始点と終点が同じ位置になるように配置し、その始点と終点の位置に人が作業する人セルＭＣを設けているので、上述のように人セルＭＣが、１箇所に配置される。これにより、１つの人セルＭＣの中に存在する複数の工程を、複数の作業者同士で共有することができる。

また、上述のように、部品とワークの供給部分が集約されていることにより、マーシャラによる部品供給や完成品搬出を行うポイントが増加するのを防止でき、部品の供給を行うポイントをできるだけ集約して、物流のムダやマーシャラの移動によるムダを減少させ、これにより効率よい部品の供給搬送を行うことができる。また、図２に示したフレキシブル生産システム１においても、上述と同様の効果が奏される。

（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示す。この実施形態によるフレキシブル生産システム１の適用例は、上述の第１の実施形態における図１に示したフレキシブル生産システム１の適用例におけるロボットセルの数を３つから１つに減らすことにより、減産対応を行っている例を示す。

図４における人セルＭＣには、図１におけるロボットセルＲＣ１の自動機Ａ，Ｂが追加割り当てされ、図４におけるただ１つのロボットセルＲＣ１には、図１の場合の自動機Ａ，Ｂに変えて自動機Ｃ，Ｄ，Ｅが割り当てられている。このように、人セルＭＣと、ロボットセルＲＣ１に対して、各機能セルの作業時間が均一化されるように各機能セルに対する自動機の割り当てを行い、それぞれ工程負担を増加することにより、ロボットセルＲＣ１の稼働率を落とすことなく、減産対応が行われている。なお、図４において除去されているロボットセルＲＣ２，ＲＣ３は、他のフレキシブル生産システム１で用いられる。

（第３の実施形態）
図５は第３の実施形態に係るフレキシブル生産システムにおけるシステム設定処理のフローを示し、図６は同システム設定処理フローの他の例を示す。本実施形態は、生産量を変更する際に、最適の機器配置のされたシステム構成を実現する処理を示すものである。その処理の方法として、入力された作業者数またはロボットセル数に基づいて行う場合（図５）、および、入力された生産数に基づいて行う場合（図６）がある。本実施形態において、図１、図２、図４を参考構成として参照する。

図５の処理フローの場合、最初に、上位システム１０（例えば、図１参照）から、フレキシブル生産システム１の割当決定装置２に生産計画が読み込まれる（＃１）。次に、割当決定装置２に対して、人セルＭＣ当たりの人数が設定された人セルＭＣの個数およびロボットセルＲＣ１等の個数が入力される（＃２）。これらの入力は、上位システム１０によって、または、生産管理を行う作業者による直接入力によって行われる。

次に、割当決定装置２は、人数と機能セル数に応じて、予め設定されて記憶している複数のレイアウトの情報から機能セルＦＣ、自動機Ａ，Ｂ等や、必要機器（搬送用コンベア３や組立ステーションなど）のレイアウトを選択する（＃３）。図５の処理フローの例では、例えば、減産時の図２および図４に対応する２種類の生産レイアウトＬａ，Ｌｂが記憶されており、割当決定装置２は、そのいずれかを最適なレイアウトとして選択して表示する（＃４，＃５）。例えば、作業者が１人の人セルが１つで、ロボットセルが３つなら、図２のレイアウト、作業者が３人の人セルが１つで、ロボットセルが１つなら、図４のレイアウトが選択される。なお、このようなレイアウトは２種類に限らず、可能な組合せの複数の生産レイアウトが準備され、記憶されて表示される。

生産管理を行う作業者および作業員は、表示されたレイアウトに従って、人セルＭＣ、ロボットセルＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３内の自動機を含む各機器の配置、場合によっては、機能セルＦＣの個数を、実際の各機器や装置について変更する（＃６）。各機器やロボットＲ１等は、互いに信号線で接続され、割当決定装置２とも通信可能となっている。

上述のように、実際の機器配置や機能セル数等を変更した後、フレキシブル生産システム１の割当決定装置２は、各機能セルＦＣ内の機器構成を通信によって認識し、各機器の配置と上述の選択表示したレイアウトとの整合性を確認し（＃７）、正常配置になっていない場合には（＃７でＮｏ）、その旨表示して、作業員に機器配置の修正を促す。

割当決定装置２は、機器の割り当てや配置がシステムが提示したものと合致して正常となった場合に（＃７でＹｅｓ）、各機能セルＦＣや各セル内の自動機などを動作させる動作プログラムを上位システム１０から各機器にダウンロードして（＃８）、各機器が動作可能となった状態で生産レイアウトの変更を完了する。

次に、図６に示した処理フローを説明する。この処理フローは、上述の図５に示した処理フローにおける、人セルＭＣ当たりの人数が設定された人セルＭＣの個数およびロボットセルＲＣ１等の個数の入力（＃２）に変えて、生産数の入力（＃２０）が行われる点が異なり、他は図５に示した処理フローと同様である。この生産数の入力は、上位システム１０によって、または、生産管理を行う作業者による直接入力によって行われる。

この処理フローは、人セルＭＣやロボットセルＲＣ１等の個数がシステムに要求される生産数によって決まるものであるから、人セルＭＣやロボットセルＲＣ１等の個数に代えて生産量を入力することとして、割当決定装置２がその生産量に基づいて人セルＭＣやロボットセルＲＣ１等の個数を決定した上で各機能セルＦＣにおける作業時間が均一化されるように自動機の選択と割り当てを行うものである。

しかしながら、上述のようなシステム設定処理フローの場合、入力された生産計画（＃１）、および生産数（＃２０）だけでは一意的に生産レイアウトが決定できないので、割当決定装置２は、予め設定されている複数のレイアウトを順番に提示して、生産管理を行う作業者の判断によって、自動機の割り当てや機器の配置の最終決定を行う。

上述の図５や図６の何れのシステム設定処理フローにおいても、生産数、サイクルタイム、タクトタイムなどの生産条件に応じて、予め人数や機能セル数などの多数の組合せデータを準備しておくことにより、より好ましい生産システムを容易かつ柔軟に形成できる。この場合、上述したように、自動機の標準化や汎用化が重要である。

（第４の実施形態）
図７（ａ）は第４の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示し、図７（ｂ）は（ａ）に対する比較例を示す。本実施形態では、搬送用コンベア３の搬送路３０が、始点と終点とが同位置になるように構成され、さらに、人セルＭＣが１箇所に集中するように配置されているフレキシブル生産システム１における効果を説明する。

これらの図において、ロボットセルＣ１〜Ｃ５、および、人ｍ１〜ｍ４の配置された人セル（人セルはロボットセルとは異なり、近接した人同士で人セルを形成する）が示され、白抜き矢印によって工程の流れ（搬送路３０に対応）が示されている。

一般に生産工程には、人作業で行うことが効果が高いものがある一方で、製品の構造上、各工程の順序を入れ替え不可能な部分（図中破線内の部分）も存在する。そして、図７（ｂ）に示す比較例のように、組立工程順に人ｍ３，ｍ４（による人セル）を配置してしまうと、工数が０．５人しか必要ではない部分にも人を１名配置しなければならず非経済的である。そこで、工程順を入れ替え不可の部分は変更せず、入れ替え可能な部分で配置を変更して、図７（ａ）に示すように設定すると、比較例では人が４名であったものが、図７（ａ）では３名で作業を行うことが可能となり、省人効果が得られる。

上述のように、作業時間が少ないにもかかわらず複数の作業者を離れた場所に配置する、などという不具合を回避でき、省人数が可能となる。また、人セルを１箇所に集中することにより、人セルにおける作業割り当て変更が容易となる。

また、図７（ａ）や、図１、図２、図４に示されるように、搬送路３０の始点と終点を同位置にすることで、部品の供給取出部、ワークすなわち被組み付け品投入口３ａ、および完成品取出口３ｂを１箇所に集約でき、投入や取り出しのための移動距離を減らして作業効率を上げることができる。

（第５の実施形態）
図８（ａ）は第５の実施形態に係るフレキシブル生産システムの効果を模式的に示し、図８（ｂ）は（ａ）の効果をガントチャートによって示し、図９（ａ）（ｂ）は、図８（ａ）（ｂ）に対する比較例を示す。本実施形態では、人セルとロボットセルの両方を含む混合セル（ハイブリッドセル）によるフレキシブル生産システムの効果を説明する。

ハイブリッドでない、例えば、２人ずつ配置された人セルだけが３つで構成された生産システムの場合、図９（ａ）（ｂ）に示すように、３３％の減産を行う場合に、人を３３％しか減らすことができない。

ところが、例えば、１人ずつ配置された人セルが３つと、ロボットセルが３つとで構成されたハイブリッドセルによるフレキシブル生産システムにおいては、図８（ａ）（ｂ）に示すように、３３％の減産を行う場合に、人を６６％減らして省人化（少人化）することができる。

これは、減産時に、ロボットが人の作業を肩代わりするので、従来の単独人セルとは異なり、ハイブリッドセルでは大きな省人化（少人化）が達成されることを示す。すなわち、このことは、減産前における作業時間比が、（人）：（ロボット）＝１：１、であり、３３％減産時における作業時間比が、（人）：（ロボット）＝１：３、であることから理解される。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、ロボットセルに投入される部品は必ずしも投入口３ａだけから投入される必要はなく、ねじ部品などは各自動機に備え付けの部品箱から供給することができる。また、各ロボットセルや人セルへの自動機の割り当てには、各ロボットや人の能力を一律とはせずに、能力差を考慮した割り当てとされる。また、上述した各実施形態の構成を矛盾のない範囲で互いに組み合わせた構成とすることができ、そのような組合せ可能な構成の実施形態は明記されていなくても当然に本発明に含まれる。

本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示す平面図。 同上生産システムの他の適用例を模式的に示す平面図。 図１、図２に示したフレキシブル生産システムにおける構成の比較図。 第２の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示す平面図。 第３の実施形態に係るフレキシブル生産システムにおけるシステム設定処理のフロー図。 同上生産システムにおけるシステム設定処理の他の例を示すフロー図。 （ａ）は第４の実施形態に係るフレキシブル生産システムの適用例を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）の適用例に対する比較例を示す平面図。 （ａ）は第５の実施形態に係るフレキシブル生産システムの効果を説明するための模式図、（ｂ）は（ａ）の効果を比較して示すガントチャート。 （ａ）は図７（ａ）に対する比較例の効果を示す模式図、（ｂ）は（ａ）の効果を比較して示すガントチャート。

符号の説明

１ フレキシブル生産システム
２ 割当決定装置
３ 搬送用コンベア
３０ 搬送路
Ａ〜Ｌ 自動機
ＦＣ 機能セル
Ｒ ロボット
ｍ，ｍ１〜ｍ３ 人
ＭＣ 人セル
ＲＣ１，ＲＣ２，ＲＣ３ ロボットセル

Claims (3)

1. 搬送路に沿って被組み付け品を周回搬送する搬送手段と、前記搬送手段によって搬送されてきた被組み付け品に対して組付作業または加工作業を行うエリアとして設定された複数の機能セルと、を備えたフレキシブル生産システムにおいて、
   前記各機能セル内に配置されて前記被組み付け品に対して部品を組み付ける組付作業または加工作業を行う、該作業に要する時間が既知の機械特性を持つ複数の自動機と、
   前記各機能セルに対してどの機械特性の自動機を何台割り当てるかを決定する割当決定手段と、を備え、
   前記複数の機能セルは、前記自動機に対する被組み付け品および部品の供給取り出し作業をロボットが行うロボットセルと、前記供給取り出し作業を人が行う人セルとを含み、
   前記割当決定手段は、前記ロボットセルと人セルの各々の個数および人セルに設定付与される人数が入力されることにより、これら入力情報と前記各自動機の機械特性に基づいて、各機能セルの作業時間が均一化されるように各機能セルに対する前記自動機の割り当てを決定することを特徴とするフレキシブル生産システム。
2. 前記搬送路は、始点と終点とが同位置になるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル生産システム。
3. 人セルが１箇所に集中するように、または搬送路に沿って連続するように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレキシブル生産システム。

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