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標準技術活用による生産支援に関する研究

１．実施内容

　本研究では、平成20〜21年度の2ヵ年で、遠隔作業や保守支援を行う仕組みである「ポータル・コラボレーション型生産支援システムの研究」を実施しました。

　また、生産システム構築段階向けに、「シミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究」を実施しました。

　それぞれの研究実施内容は次の通りです。

【ポータル・コラボレーション型生産支援システムの研究】

　熟練作業者の減少や、生産の全世界展開による現場の熟練者不足により、遠隔作業・保守支援技術が求められております。

　しかし、従来の遠隔保守支援は、例えば工作機械などの機器向けの遠隔保守システムなどが実用化されていますが、仕組みが機器メーカ依存なのが実情です。また、実務上、機器の情報のみならず、機器周辺の状態、ﾄﾞキュメントなどの情報も活用した遠隔作業・保守支援技術が必要です。

　そこで、標準技術の応用により、異メーカ機器に対応し、機器情報、3Dモデル、ドキュメント、および紙図面や製品現物等の非デジタル情報を、インターネットにより同視点表示し、指し示しながら会話することで遠隔作業や保守支援を行うポータル・コラボレーション型生産支援システムを開発しました。

　平成20年度は、遠隔地間で、紙図面等の非デジタル情報、3Dモデル、機器情報、ドキュメントを、同視点表示し、共通ポインタと会話により作業支援するコラボレーション機能などを開発しました。

　平成21年度は、3Dモデルやデジカメ撮影した設備写真とドキュメントとの連携による手軽な作業・保守支援用コンテンツ作成ツールとして、機器などのデジカメ写真とドキュメントとを連携管理する多角点画像リンクシステムの開発により、本システムの運用において3Dモデルが必ずしも必要ではなくなり、運用コスト低減の他、3D化が困難な仕掛品情報なども扱えるポータル・コラボレーション型生産支援システムの構築が完了しました。

　本研究成果は、標準技術活用ビジネス小研究会（8社1団体1大学4標準化団体参加）などで実用化作業中です。

図１　ポータル・コラボレーション型生産支援システムの活用場面例
【シミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究】

　平成21年度のシミュレーションによる生産システム構築効率化と品質向上の研究では、ものづくりの品質向上において普及が期待されているものの、構築・運用に課題があるロボットとカメラを利用する外観視覚検査を対象としました。本研究では、外観視覚検査の自動化構築の課題を整理し、課題を解決するロボットとカメラを利用する外観検査向け設備シミュレーションの基本システムやその実装法を提案し、基礎実験によりその有効性を確認しました。整理したロボットとカメラを利用する外観視覚検査自動化構築の課題を以下に記します。

  • 外観検査構築に際して、現場での作業時間が長期化。全体の作業時間の80％。
  • 現場で視覚処置、ロボット動作、検査処理の調整作業が必要。
  • 同時並列的、繰り返し調整 稼動開始後に検査プログラムの修正・追加頻発。
  • 検査項目（キズなど）の検査プログラムの修正・追加。
  • 変種変量生産での新規製品投入による検査プログラムの追加。

　そこで、本研究では、オフライン（仮想環境）でカメラの焦点距離や撮像タイミングの決定、ロボット動作の生成、および、視覚検査プログラムの事前評価を実施する外観検査向け設備シミュレーションを提案した。提案する設備シミュレーションを利用して、以下の活動の実現を目指している。

  1. 製品や設備の三次元CADデータを用いて、CGを利用する仮想空間内でロボットを動作させ、それに同期して仮想カメラが背景画像や照明の濃淡などを考慮して検査点を撮像する。（製品、設備がない状況で検査画像を取得 ）
  2. 撮像した画像を実空間で使う画像処理システムへ自動転送し、製品や設備がない状況で検査プログラムを作成する。（製品、設備がない状況で検査プログラムを作成 ）
  3. 製造用準標準ネットワークミドルウェア(ORiN)を活用して仮想空間と実デバイス（例：PLC）を融合し、実際の撮像タイミングで仮想空間内の検査点を撮像する。（製品、設備がない状況で設備制御プログラムを作成 ）

　平成21年度は、特に、上記１、２の活動を実現する外観検査向け設備シミュレーションを開発した。ロボット用のアルミハウジングを利用して、画像検査の基礎実験を行い、品番検査、穴検査、配置検査、内径検査の視点から開発した設備シミュレーションの有効性を確認しました。提案する外観検査向け設備シミュレーションにより、現場での調整時間が短縮化でき、課題解決に寄与でき、産業界での外観視覚検査の自動化の普及に貢献できると考えています。

図２　提案する外観検査向け設備シミュレーションの概要
図３　アルミハウジングを対象とする仮想カメラ画像を利用する検査実験例
３．本事業により作成した印刷物等

(1)報告書
<KSK-GH21-1>標準技術活用による生産支援に関する研究(平成22年3月)(12.1MB)

(2)外部発表（学会、協会、商業誌など）
No論文発表論文名発表者発表先年月日
1(新聞掲載)ワーク・治具の衝突防ぐ　機振協　技術研究所など　工作機械高度化システム開発木村利明日刊工業新聞　朝刊H21.4.24
2(解説論文)デジタルマニュファクチャリングにおける　設備シミュレーション日比野浩典第53回システム制御情報学会研究発表講演会SCI`09H21.5
3(特許出願)特願2009-137189 視覚検査装置の評価システム日比野浩典他2名特許庁H21.6
4(査読論文)需要同期を実現するモジュール構造型生産における製造指示システムに関する研究日比野浩典他5名日本機械学会論文集　C編 Vol.75 No. 754 P1-8.H21.6
5(商業誌掲載)研究室訪問　新たなシーズを求めて木村利明日刊工業新聞社雑誌　機械設計　2009年7月号H21.7
6(査読論文)Simulation Model Driven Engineering for Manufacturing Cell日比野浩典他2名APMS2009(International Conference on Advances in Production Management Systems)H21.9
7(商業誌掲載)機械振興協会　技術研究所が進める　生産支援システムの開発　−工作機械内衝突防止システム−木村利明日刊工業新聞社雑誌　型技術　2009年8月号H21.8
8(表彰)SI2008優秀講演賞「ORiNを活用した工作機械内衝突防止システムの開発」木村利明(社)計測自動制御学会H21.8
9(特許審査請求)特願2006−281507　遠隔監視拡張システム及びユーザ端末木村利明特許庁H21.9.14
10(新聞掲載)外観検査の自動化：仮想空間で事前検証日比野浩典日刊工業新聞　朝刊1面H21.10.28

(3)口頭発表・展示会など
No口頭発表発表題名発表者発表先年月日
1(口頭発表)生産現場で利用する3次元設備シミュレーション日比野浩典IMSアイデアファクトリー総会H21.7.11
2(口頭発表)シミュレータ連携型 工作機械内衝突チェックシステム木村利明自動車技術会　製造技術部門H21.7.23
3(口頭発表)標準技術の相互活用による工場内情報連携(第3報)−ORiNによる異メーカ・異機種機器接続−木村利明他3名日本機械学会　2009年度年次大会学術講演会H21.9.14
4(口頭発表)標準技術の相互活用による工場内情報連携(第4報)−MESX-ORiNゲートウェイ−木村利明他5名日本機械学会　2009年度年次大会学術講演会H21.9.14
5(口頭発表)標準技術を活用した工作機械内衝突防止システムの開発(第2報)−シミュレータ連携型工作機械内衝突防止システム−木村利明他4名日本機械学会　2009年度年次大会学術講演会H21.9.14
6(口頭発表)ポータルコラボレーション型O&Mサポートシステムの開発(第3報)−遠隔監視・保守支援用コラボレーション機能の開発木村利明他1名日本機械学会　2009年度年次大会学術講演会H21.9.14
7(口頭発表)Simulation Model Driven Engineering for Manufacturing Cell日比野浩典他2名APMS2009(International Conference on Advances in Production Management Systems)H21.9.21
8(研究成果のユーザへの試験導入)シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステムのユーザへの試験導入を開始木村利明他大手エンジニアリングプラスチック製品製造業(お客様のご都合を考慮し社名非公開)H21.11.8〜
9(講演発表)ORiNを利用する設備シミュレーション日比野浩典ORiNミーティング(東京ビッグサイト)H21.11.25
10(展示会)外観視覚検査シミュレーション日比野浩典2009国際ロボット展(東京ビッグサイト，ORiN協議会主催)H21.11.25〜11.28
11(展示会)MES連携デモシステム木村利明他2009国際ロボット展(東京ビッグサイト，ORiN協議会主催/(財)機械振興協会技術研究所協賛小間)H21.11.25〜11.28
12(展示会)シミュレータ連携型工作機械内衝突チェックシステム木村利明他2009国際ロボット展(東京ビッグサイト，ORiN協議会主催/(財)機械振興協会技術研究所協賛小間)H21.11.25〜11.28
13(展示会)遠隔作業・保守支援システム木村利明他2009国際ロボット展(東京ビッグサイト，ORiN協議会主催/(財)機械振興協会技術研究所協賛小間)H21.11.25〜11.28
14(口頭発表)A collosion prevention system with enhanced functions for detection work-piece setting defects of machine tools木村利明他LEM21(Leading Edge Manufacturing in 21st Century),JSMEH21.12.2
15(口頭発表)ORiNの最新動向と今後の方向性大寺信行，榊原聡，木村利明 ，水川眞第10回計測自動制御学会　システムインテグレーション部門講演会(計測自動制御学会主催)H21.12.24
16(口頭発表)ORiNを活用したシミュレータ連携型工作機械内衝突防止システム木村利明他第10回計測自動制御学会　システムインテグレーション部門講演会(計測自動制御学会主催)H21.12.24
17(講習会・主催・講演)工作機械の情報システム化木村利明工作機械の衝突防止とIT化実用セミナー(機械振興協会技術研究所主催，ORIN協議会，工作機械内衝突防止システムシステムの実用化に関する研究会協賛)H22.1.26
18(講習会・主催・講演)監視用Ｗｅｂアプリーションプログラミング木村利明工作機械の衝突防止とIT化実用セミナー(機械振興協会技術研究所主催，ORIN協議会，工作機械内衝突防止システムシステムの実用化に関する研究会協賛)H22.1.26
19(講習会・主催・講演)遠隔作業・保守支援システム木村利明工作機械の衝突防止とＩＴ化実用セミナー(機械振興協会技術研究所主催，ORIN協議会，工作機械内衝突防止システムシステムの実用化に関する研究会協賛)H22.1.26
20(講習会・主催・講演)工作機械内衝突チェックシステム木村利明工作機械の衝突防止とIT化実用セミナー(機械振興協会技術研究所主催，ORIN協議会，工作機械内衝突防止システムシステムの実用化に関する研究会協賛)H22.1.26
21(口頭発表)外観検査向け設備シミュレーションの研究 第一報　基本システムの提案日比野浩典他2名日本機械学会　生産システム部門講演会2010H22.3.15
22(口頭発表)外観検査向け設備シミュレーションの研究 第二報　仮想カメラ生成画像の寸法検査の視点による基礎的実験日比野浩典他2名日本機械学会　生産システム部門講演会2010H22.3.15
23(口頭発表)シミュレーションモデル駆動型生産設備の研究日比野浩典他2名日本機械学会　生産システム部門講演会2010H22.3.15
24(口頭発表)生産システムの作業者シミュレーションモデリング日比野浩典他2名日本機械学会　生産システム部門講演会2010H22.3.15

お問い合わせ先
担当部署生産技術部 システム課
担当者
ポータル・コラボレーション型生産支援システムの研究
木村　利明
安全・高利便性運用支援技術の研究
日比野 浩典
TEL042-475-1188
FAX042-475-0947
この事業は競輪の補助金を受けて実施するものです。
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