JP4815956B2 - 作業監視装置、フィルタリング方法、作業時間計測システム、制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態に係る作業時間自動計測システム(作業時間計測システム)100が適用されるある製品の生産システム1について、図2に基づいて説明する。図2に示す例では、生産システム1は、作業者の手作業により製品を製造する4つの工程(A〜D工程)を含む生産ラインと、上記各工程の作業を監視する作業監視装置2と、作業監視装置2が出力する作業監視結果を用いて、作業時間の算出など、生産管理のための各種処理を行う監視結果処理装置3とを含む構成となっている。
図1は、本実施形態に係る作業監視装置2の要部構成を示すブロック図である。作業監視装置2は、図1に示すとおり、制御部10、通信部20、操作部31、発音部32、表示部33、フィルタ記録部41、フィルタ−入力装置対応表42、および、フィルタレベル調整テーブル43を備えた構成となっている。
作業を監視するセンサ4またはバーコードリーダ5の入力信号に含まれるノイズ信号の発生要因は、主に、以下の7つに分類することができる。
ワークや指図書といった対象物の有無をセンサで検知する場合、作業者が対象物を置き直したり、対象物を動かしたりすることで、センサが、ワークが無いと検知してしまう。実際には作業していたにもかかわらず、ワークが無いと検知された部分が発生することになり、これがノイズ発生の要因となる。
例えば、圧着作業などの組み立て作業をセンサで検知する場合、作業者それぞれに動きやすいリズムがあったり、作業者の個性、あるいは、熟練度により圧着動作の回数が異なったりすることで、同じ組み立て作業でも、一様に作業時間帯を特定することができない。この、動作回数の変動がノイズ発生の要因となる。
光電センサの光軸上を、作業者の体の一部や、工具が通過することにより、それが、検知対象である「作業」による動きでなくとも、それを「作業」として検知してしまう。実際には作業をしていないのに、作業したと検知される部分が発生することになり、これがノイズ発生の要因となる。
また、定まった複数の回数の動作を実行することで1工程の1作業であるとみなす場合にもノイズが発生する。具体的には、実行された動作と次に実行される動作との間に、静止の間あるいは、センサで動きを検知できない間(OFF状態)が存在することがある。しかし、そのOFF状態は、1作業と1作業の間ではなく、単に1作業内の動作と動作間の間であったとしたら、それは「作業実行状態」として検知されなければならないのに、検知されない。したがって、1作業の開始、終了時点に関係のないパルス(またはパルス間の谷間)はノイズとして扱う必要がある。
ある作業を実行中であることを検知するのに、複数のセンサでセンシングしなければならない場合も考えられる。例えば、2つのセンサを用いて動作をセンシングし、両方のセンサによって検知されてはじめて「作業実行状態」と判断できるとする。この場合、片方のセンサからパルスが検知されても、同時にもう片方のセンサから検知されなかった場合は、検知対象である作業は正常に行われなかったと判断する必要がある。したがって、取得した片側のセンサからのパルスはノイズとみなす。
実際の計測対象である作業ではない、点検、準備、清掃、作業の練習などで発生する信号は、ノイズとして扱う必要がある。
作業者が指図書に複数記載されたバーコードの中から、実際に読み取るべきバーコードと異なるバーコードを誤って読み取った場合、バーコードリーダの入力ミスが、ノイズ発生の要因となる。
(間隔フィルタのフィルタリング条件)
1.センサXによってOFF信号が入力された時点(あるいは、別のセンサYやバーコードリーダZから入力があった時点)を起点とし、該時点から次のON信号が入力された時点までの間隔が、x秒以内である場合の、OFF状態の部分をノイズとみなす。
センサXがある検査工程の検査機の扉の開閉を検知するように設置した場合を考える。センサXは、扉が開いていることを検知してOFFになり、扉が閉じていることを検知してONになる。扉は検査をするたびに必ず閉められるが、扉が閉められるからといって検査が開始されるとは限らないため、単純に扉の開閉のみで、検査機の動作時刻とすることはできない。このような場合に、検査工程の直前に必ず行われる作業をセンサYで検知し、センサXに間隔フィルタを適用して、センサYからの入力があった直後(x秒以内)のセンサXのON(OFF)信号の入力のみを通すことで、検査のための作業以外で扉の開閉が行われることによって発生するノイズを除去できる。
(回数フィルタのフィルタリング条件)
パルス(または、パルスとパルスの間にできるOFF状態の谷間)の出現回数によって、ノイズを特定する。より具体的には、N回中M回目に入力されたOFF信号(または、ON信号)をノイズ信号とみなす。
(状態判定フィルタのフィルタリング条件)
第一のセンサXが、ON(またはOFF)の状態であるときのみ、第二のセンサYの入力信号を有効とする。すなわち、センサXが、ON(またはOFF)の状態でないときの、第二のセンサYの入力信号をノイズ信号とみなす。
(時間外フィルタのフィルタリング条件)
あらかじめ設定した時間帯に入力された信号のみを有効とする。設定した時間帯以外の時間帯に入力されたON/OFF信号をノイズ信号とみなす。
(包含フィルタのフィルタリング条件)
1.第一のセンサXにて検出したパルスにおいて、該パルス発生と同時に、第二のセンサYのパルスが検出されない場合に、センサXの上記パルスをノイズとみなす。
入力装置により入力された文字列が、指定したフォーマットのもののみ通過させるフィルタ。フォーマットの指定は、例えば、フィルタリング条件としての下記サブフィルタを複数個組み合わせて行うことができる。
1.文字数:入力文字列の文字数がx文字以上y文字以下のものだけフィルタを通す。(それ以外は、ノイズとみなす。)
2.指定位置文字:入力文字列のx文字目が、指定した文字である場合だけフィルタを通す。(それ以外は、ノイズとみなす。)
3.特定文字列検索:指定した文字列が、入力文字列に含まれている場合のみフィルタを通す。(それ以外は、ノイズとみなす。)
例えば、作業者による、バーコードの読み取り間違いなどを検出することが可能となる。バーコードリーダが読み取るバーコードに、ワーク(もしくは、オーダ)を特定するためのワーク(オーダ)IDが含まれている場合、バーコードが正しく読み取られた場合は、バーコードの読み取り時刻と、後続する作業の作業時間とを正しく紐付けることが可能であるが、誤って読み取られた場合、ワーク(オーダ)と作業との紐付けが正しく行えない。そこで、バーコードの誤読を検出し、誤読により発生した信号をノイズとして除去することで、ワークの紐付け処理の精度を向上させることが可能となる。なお、文字列フィルタを用いた、ワークの紐付け処理については、後述する。
図3(a)〜(c)は、ワークの有無を検知するセンサXの検知信号における、間隔フィルタの適用例を示す図である。
図4(a)〜(c)は、圧着動作が行われる度にその動作を検知するセンサXの検知信号における、間隔フィルタの適用例を示す図である。
図5(a)〜(c)は、ワークの有無を検知するセンサXとバーコードリーダZの検知信号における、間隔フィルタの適用例を示す図である。
図6(a)〜(c)は、治工具の動きを検知するセンサXの検知信号における、回数フィルタの適用例を示す図である。
図7(a)および(b)は、ワークの有無を検知するセンサXと治工具の動きを検知するセンサYを組み合わせて用いる場合の検知信号における、包含フィルタの適用例を示す図である。
図8(a)および(b)は、各種入力装置による検知信号と、ラインが稼動中かどうかを指定するスイッチによる検知信号とを組み合わせて用いる場合の、状態フィルタの適用例を示す図である。
図9(a)および(b)は、生産ラインの稼動時間をあらかじめ設定した場合の、各種入力装置による検知信号における、時間外フィルタの適用例を示す図である。
なお、本実施形態では、取得される検知信号に、どのフィルタを適用するかは、フィルタ-入力装置対応表42によってあらかじめ定められているが、フィルタ記録部41に記録されているフィルタ情報をユーザが操作し、調整して検知信号に適用する構成も可能である。
さらに、作業監視装置2は、図1に示すとおり、制御部10内部にさらに、信号監視部18を備え、フィルタリング処理が正常に動作していないことを検知すると、警告を発する構成としてもよい。
図12は、本実施形態に係る監視結果処理装置3の要部構成を示すブロック図である。監視結果処理装置3は、図12に示すとおり、制御部50、通信部70、操作部81、表示部82、取得信号記憶部91、入力装置−精度レベル対応表92、グルーピング結果記憶部93、および、累積作業時間記憶部94を備えた構成となっている。
図22は、従来の先入れ先出し方式に基づいて行われたグルーピング処理の結果を示す図である。図22に示す波形は、6つの工程a〜fからなる生産ラインにおいて、各工程に1つずつ設置された、センサなどの入力装置a〜fよりそれぞれ出力された作業時間を示す検知信号である。検知信号は、時点PからP’までのある時間帯に計測されたものであり、横軸は時間の経過、縦軸の+はON状態、−はOFF状態を表している。ここでは、ON状態が「作業実行状態」を意味している。したがって、1つの信号の山(パルス)が、1のワーク(オーダ)についての、ある工程での「作業(時間)」を示している。
図2に示す作業時間自動計測システム100における、本発明の監視結果処理装置3のグルーピング処理について、図13〜20に基づき説明する。なお、本実施形態では、作業監視装置2が、各入力装置(センサ4、バーコードリーダ5)からの検知信号を処理し、監視結果処理装置3は、作業監視装置2が処理して出力した作業信号を取得して、グルーピング処理および作業計測処理を行うものとする。なお、作業監視装置2は、上記作業信号に、入力装置IDを付与して監視結果処理装置3に出力するものとする。上記入力装置IDとは、上記作業信号の元となる検知信号を、どの入力装置が作業監視装置2に供給したのかを識別するための識別情報のことである。
バーコードリーダ5a=1
センサ4a =2
センサ4b =3
センサ4c =4
センサ4d =5
バーコードリーダ5d=6
と設定する。なお、この入力順序は、ユーザによってあらかじめ設定されていてもよいし、試験作業や動作確認などで取得したサンプルとなるパルスの入力時刻から、監視結果処理装置3が自動で設定してもよい。また、工程識別部52が、工程IDを取得した際に、続けて工程の順序に基づいて、入力順序を設定してもよい。
(処理方法i)入力装置の種類による紐付け順序の決定
図14は、入力装置の種類によって紐付けの優先順序を設定する優先順序設定処理(処理方法i)の流れを示すフローチャートであり、図17は、作業検知信号に関して、取得信号記憶部91より取得した情報および、処理方法iに基づき行われたグルーピング処理の結果を示している。
、5、6が設定される。このようにして、最後の優先順序6を設定し終えると(i>iMAX)、ループ2の処理も終了して、入力装置の種類による優先順序設定処理(処理方法i)を終了する。
バーコードリーダ5a=1
バーコードリーダ5d=2
センサ4a =3
センサ4b =4
センサ4c =5
センサ4d =6
と設定される。各入力装置の左に記載されている括弧に囲まれた数字が、上記優先順序を示している。これにより、後に続くワーク紐付け処理においては、上述の順番で、1のワークIDが付与される。
図15は、入力装置のセンシングの精度レベルによって紐付けの優先順序を設定する優先順序設定処理(処理方法ii)の流れを示すフローチャートである。図18は、作業検知信号に関して、取得信号記憶部91より取得した情報および、処理方法iiに基づき行われたグルーピング処理の結果を示している。
バーコードリーダ5a=1
バーコードリーダ5d=2
センサ4d =3
センサ4a =4
センサ4b =5
センサ4c =6
と設定される。各入力装置の左に記載されている括弧に囲まれた数字が、上記優先順序を示している。これにより、後に続くワーク紐付け処理においては、上述の順番で、1のワークIDが付与される。
図16は、本実施形態に係る監視結果処理装置3の、探索範囲を限定した紐付け処理の流れを示すフローチャートである。まず、S104、S105(図13)にて、優先順序が決定され、優先順序(i)が初期化されると、ワークID付与部53bは、ワーク紐付け処理を開始する(図16、L4)。ループ4の処理は、グルーピング処理の対象となったワーク(オーダ)分の紐付けを行うまで繰り返される。つまり、上述の例では、図13のS103において、オーダの総数として、jMAX=6を取得したので、ループ4の処理は、6つのワーク(オーダ)についてパルスの紐付けを完了した時点で処理を終了することになる。
上述の実施形態では、バーコードリーダからの作業検知信号のパルスに対して優先的に紐付けをおこなうグルーピング処理を、取得信号記憶部91にあらかじめ記録されている一定分量の作業検知信号に対して適用し、一定分のワーク(オーダ)ごと、工程ごとの作業時間を算出する場合(オフライン出力/バッチ処理)について述べたが、本発明のグルーピング処理方法、ならびに、作業時間算出処理方法は、上記の場合に限定されない。
作業時間計測部80の時刻抽出部54、作業時間演算部55、および、累積作業時間演算部56が、監視結果処理装置3に入力される作業検知信号を用いて、作業時間を算出する。上記作業検知信号は、ON/OFF信号で、1つの工程の、1つの作業を、1つのパルス(ON信号の山になる部分)で表現する。すなわちON信号が「作業実行中」を示しており、そのON信号が継続している時間を求めることで作業時間を算出することができる。
累積作業時間演算部56は、累積作業時間記憶部94を参照し、パルスごとに算出された作業時間を積算して累積作業時間を算出する。工程ごとに作業時間を算出した工程累積作業時間は、例えば、図19(d)に示すように、累積作業時間記憶部94に記録される。ワークごとに作業時間を算出したワーク累積作業時間は、例えば、図19(e)に示すように、累積作業時間記憶部94に記録される。
なお、監視結果処理装置3における作業時間算出、および算出結果出力の方法は、取得した作業時間のデータを利用する目的によって変更可能である。つまり、グルーピング処理部60および作業時間計測部80内の各部の機能をそのままに、作業時間計測処理開始のトリガ、作業時間算出手順、算出結果出力のタイミングを変えることによって、利用目的に応じた作業時間の情報をユーザが利用できるように、監視結果処理装置3を構成することが可能となる。
例えば、算出された作業時間のデータを進捗管理に利用する場合、作業時間の実績値をできるだけ早く入手できることが望ましい。このような場合に対応するために、監視結果処理装置3は、各種入力装置(あるいは、作業監視装置2)から作業検知信号が入力され、パルスが検知されたら順次作業時間を算出し、リアルタイム処理にてデータ出力を行う。
例えば、算出された作業時間のデータを工程分析に利用する場合、できるだけ正確に求められた作業時間を取得できることが望ましい。このような場合に対応するために、監視結果処理装置3は、各種入力装置(あるいは、作業監視装置2)から作業検知信号が入力され、工程分析に必要な所定のパルス数(あるいは、所定の時間分の作業検知信号)を蓄積したら、グルーピング処理、および、作業時間算出処理を開始し、ユーザが所望する範囲の作業時間のデータをバッチ処理にて出力する。
なお、ワーク累積作業時間を算出するときに、先のグルーピング処理によって、パルス抜けがあると判断された場合、図19(b)の表の「Null」値のように、実際作業は行われているのに、作業時間を算出するための作業開始時刻と終了時刻を取得できないという状況が生じる。したがって、ワーク累積作業時間を算出しても、パルス抜けが多ければ多いほど、実作業時間よりも短い時間が算出されてしまい、その情報の信頼性も低下する。
生産ラインに作業時間自動計測システム100を適用する場合、各工程にセンサを設置する際(つまりシステム導入時)、あらかじめ定められている工程の区切りを検知するためには、工程の始め(終わり)の動きを検知できるセンサを当該工程の区切りの箇所に設置すればよい。
補正方法1は、作業開始・終了時刻のいずれかが検出できなかった場合に適用する。作業時間補正部59は、時刻を取得したいが、取得するのが困難な箇所(所望箇所)の前後いずれかで、なおかつ時刻を取得することが可能な箇所(取得可能箇所)の時刻を取得し、その時刻に、あらかじめ定められた補正時間、つまり±αの時間(秒、分、時など)を付加することで、所望箇所の時刻を取得する。
補正方法2は、所望箇所に対して、その前後の取得可能箇所の時刻を取得して、所望箇所の時刻を求める方法である。この方法では、あらかじめ設定しておいた分割比率αを用いて、所望箇所の時刻を下記式(1)で計算する。ここで、
所望箇所の時刻:x
所望箇所前部通過時刻:a
所望箇所後部通過時刻:b
分割比率:α(0<α<1)
とすると、所望箇所の時刻xは、
x=a+(b−a)×α ・・・(1)
で求めることができる。
2 作業監視装置
3 監視結果処理装置
4 センサ
5 バーコードリーダ
6 指図書
10 制御部
11 信号取得部(信号取得手段)
12 入力装置識別部(センサ識別手段)
13 フィルタ選定部(フィルタ選定手段)
14 ノイズ特定部(ノイズ特定手段)
15 ノイズ除去部(ノイズ除去手段)
16 処理信号出力部(処理信号出力手段)
17 フィルタ調整部(フィルタ調整手段)
18 信号監視部(信号監視手段)
30 警告部
31 操作部
32 発音部
33 表示部
40 フィルタリング処理部
41 フィルタ記録部
42 フィルタ−入力装置対応表
42 入力装置対応表
43 フィルタレベル調整テーブル
50 制御部
51 信号取得部
52 工程識別部
53 ワーク識別部
53a 付与順序決定部
53b ワークID付与部
53c 文字列判定部
54 時刻抽出部(時刻抽出手段)
55 作業時間演算部(作業時間演算手段)
56 累積作業時間演算部
57 作業時間出力部
58 精度レベル特定部
59 作業時間補正部
60 作業時間計測部
81 操作部
82 表示部
91 取得信号記憶部
92 入力装置−精度レベル対応表
93 グルーピング結果記憶部
94 累積作業時間記憶部
95 文字列フィルタ記憶部
100 作業時間自動計測システム(作業時間計測システム)
Claims (17)
- 手作業工程の作業場所において生じる物体の動きを監視して、手作業工程における活動の有無を検知するセンサからの出力信号を検知信号として取得する信号取得手段と、
取得した検知信号に含まれる、活動状態または非活動状態を形成する活動状態形成信号が、手作業工程における、実際に作業されている状態を示す作業実行状態、または、実際には作業されていない状態を示す非作業実行状態として妥当か否かを判定するための判定条件を示すフィルタ情報に基づき、妥当でないと判定した信号をノイズとして特定するノイズ特定手段と、
特定されたノイズを上記検知信号から除去して、上記手作業工程における1作業分の作業実行状態を、1つの作業開始時点の入力と1つの作業終了時点の入力とで形成される一続きのパルスよって表す作業信号を生成するノイズ除去手段と、
上記作業信号を出力する処理信号出力手段とを備えていることを特徴とする作業監視装置。 - 取得した検知信号の供給元となるセンサの識別情報を取得するセンサ識別手段と、
上記センサ識別情報に対応付けられた1または複数のフィルタ情報を選定するフィルタ選定手段とを備え、
上記ノイズ特定手段は、上記フィルタ選定手段により選定された1または複数のフィルタ情報に基づき、上記検知信号に含まれるノイズを特定することを特徴とする、請求項1に記載の作業監視装置。 - 上記フィルタ選定手段は、ユーザからの上記センサ識別情報と1または複数のフィルタ情報との対応付けを変更する指示を、操作部を介して受信し、変更指示に基づいてフィルタ情報を選定することを特徴とする、請求項2に記載の作業監視装置。
- 上記フィルタ情報が示す判定条件を定義するパラメータを変更するフィルタ調整手段を備え、
上記フィルタ選定手段は、パラメータが変更された判定条件を示すフィルタ情報を選定することを特徴とする、請求項2または3に記載の作業監視装置。 - 上記ノイズ特定手段は、取得した検知信号に含まれる活動状態形成信号の入力時間間隔により定義した判定条件を示すフィルタ情報に基づき、ノイズを特定することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の作業監視装置。
- 上記ノイズ特定手段は、取得した検知信号に含まれる活動状態形成信号の入力回数により定義した判定条件を示すフィルタ情報に基づき、ノイズを特定することを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載の作業監視装置。
- 上記ノイズ特定手段は、他のセンサの出力信号が表すONかOFFかの状態についての判定条件を示すフィルタ情報に基づき、取得した検知信号のノイズを特定することを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の作業監視装置。
- 上記ノイズ特定手段は、取得した検知信号の活動状態形成信号が自装置に入力された時刻についての判定条件を示すフィルタ情報に基づき、取得した検知信号のノイズを特定することを特徴とする、請求項1から7のいずれか1項に記載の作業監視装置。
- 上記ノイズ特定手段は、取得した検知信号の活動状態形成信号の信号入力時刻と、他の検知信号の活動状態形成信号の信号入力時刻との比較結果についての判定条件を示すフィルタ情報に基づき、取得した検知信号のノイズを特定することを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の作業監視装置。
- 上記ノイズ特定手段の入出力信号を監視し、検知信号におけるノイズと特定された活動状態形成信号の割合に応じて、ノイズの特定が適切か否かを判定する信号監視手段と、
自装置の作業監視処理に影響を与える異常の発生をユーザに報知する警告部とを備え、
上記信号監視手段は、ノイズ除去が適切でないと判定した場合に、異常の発生を報知するよう上記警告部を制御することを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の作業監視装置。 - さらに、上記作業信号から、上記手作業工程における作業実行状態の開始時刻および終了時刻を抽出する時刻抽出手段と、
上記開始時刻と、上記終了時刻との差分より、当該手作業工程の作業時間を算出する作業時間演算手段とを備えていることを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の作業監視装置。 - 上記時刻抽出手段によって上記検知信号から抽出された、手作業工程の開始時刻または終了時刻を補正対象時刻として取得し、取得した補正対象時刻に、あらかじめ定められた補正時間を付加して、該補正対象時刻を補正する時刻補正手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項11に記載の作業監視装置。
- 上記時刻抽出手段によって上記検知信号から抽出された、手作業工程の開始時刻または終了時刻を補正対象時刻として取得し、取得した補正対象時刻に、補正時間を付加して、該補正対象時刻を補正する時刻補正手段をさらに備え、
上記補正時間は、上記補正対象時刻から、該補正対象時刻以外の開始時刻または終了時刻までの時間をあらかじめ定められた分割比率で分割した値によって設定されることを特徴とする、請求項11に記載の作業監視装置。 - 手作業工程の作業場所において生じる物体の動きを監視して、手作業工程における活動の有無を検知し、検知信号を出力するセンサと、
上記センサより検知信号を取得し、ノイズを除去した検知信号を作業信号として出力する請求項1から13のいずれか1項に記載の作業監視装置とを含むことを特徴とする、作業時間計測システム。 - 手作業工程の作業場所において生じる物体の動きを監視して、手作業工程における活動の有無を検知するセンサからの出力信号を検知信号として取得して、作業信号を出力する作業監視装置における、上記検知信号のフィルタリング方法であって、
上記検知信号に含まれる、活動状態または非活動状態を形成する活動状態形成信号が、手作業工程における、実際に作業されている状態を示す作業実行状態、または、実際には作業されていない状態を示す非作業実行状態として妥当か否かを判定するための判定条件を示すフィルタ情報に基づき、妥当でないと判定した信号をノイズとして特定するノイズ特定ステップと、
特定されたノイズを上記検知信号から除去して、上記手作業工程における1作業分の作業実行状態を、1つの作業開始時点の入力と1つの作業終了時点の入力とで形成される一続きのパルスよって表す作業信号を生成するノイズ除去ステップと、
上記作業信号を出力する信号出力ステップとを含むことを特徴とするフィルタリング方法。 - 請求項1から13のいずれか1項に記載の作業監視装置を動作させる制御プログラムであって、コンピュータを上記の各手段として機能させるための制御プログラム。
- 請求項16に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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