设计支持装置、设计支持方法及存储设计支持程序的介质与流程

这里所描述的实施方式的特定方面涉及设计支持装置、设计支持方法以及设计支持程序。

背景技术：

要求在包括多个组装作业的产品的组装工序中使用机器人。并不是所有组装作业由机器人执行。因此，优选的是在产品设计时考虑由机器人执行组装作业。例如，公开了一种用于确定产品的结构是否容易制造从而提高产品的生产率的技术(例如，参见日本专利申请第05-114003号公报)。

技术实现要素：

然而，在以上所提及的技术中，未考虑机器人的使用效果。所谓机器人的使用效果是在使用机器人的情况下实现的对由人执行的作业的时间减少量。

本发明已经鉴于这些情况而进行，并且其目的是提供能够呈现放大机器人的使用效果所需的信息的设计支持装置、设计支持方法以及设计支持程序。

根据本发明的方面，提供了一种设计支持装置，该设计支持装置包括：接收部，该接收部被配置成接收关于需要多个作业来生产的产品的各作业的顺序约束、各作业的作业时间以及各作业的机器人作业的可行性；第一计算器，该第一计算器被配置成基于顺序约束和机器人作业的可行性来计算在把机器人不能够执行的各作业变更为机器人能够执行的作业的情况下的连续作业数作为第一指标；第二计算器，该第二计算器被配置成基于顺序约束、作业时间以及机器人作业的可行性来计算在把机器人不能够执行的各作业变更为机器人能够执行的作业的情况下的安排自由度作为第二指标；以及呈现器，该呈现器被配置成将根据第一指标和第二指标的信息与第一指标和第二指标的对象作业关联起来，并且呈现信息和对象作业。

附图说明

图1例示了由产品设计者进行的工序规划的设计的概要；

图2的(a)例示了根据第一实施方式的设计支持装置的框图；图2的(b)例示了设计支持装置的硬件结构；

图3例示了设计支持装置的动作的示例的流程图；

图4例示了组装顺序的顺序约束；

图5例示了步骤s2的细节的流程图；

图6例示了步骤s12的细节的流程图；

图7例示了设计改进候选；

图8a至图8c例示了连续作业数；

图9例示了节拍时间和工序；

图10例示了步骤s4的细节的流程图；

图11例示了所显示的画面；

图12a和图12b例示了改变所呈现的公共部件的位置处的结构的情况；以及

图13例示了使用云的设计支持系统。

具体实施方式

在描述实施方式之前，将给出由产品设计者进行的工序规划的设计的概要的描述。在产品组装中，执行多个作业。例如，如图1例示，通过第一作业到第n个作业来生产产品。不是必须按该顺序执行第一作业到第n个作业。多个工人可以共享第一作业到第n个作业并执行作业中的一个或更多个。

近来，机器人活跃地用于产品的组装作业中。然而，不是第一作业到第n个作业的所有作业都能够由机器人执行。因此，优选的是设计组合由机器人执行的作业和由人执行的作业的组装工序规划。

在设计组装工序规划时，要求机器人的使用效果高。可以定义机器人的使用效果是在使用机器人的情况下实现的对由人执行的作业的时间减少量。可以根据由人执行的作业的总时间计算来减少量。即，优选的是机器人执行尽可能多的作业。

虽然要求机器人的高使用效果，但在组装工序规划的实际设计时难以实现机器人的高使用效果。这是因为在产品设计阶段难以考虑机器人的使用效果。需要考虑组合数庞大的作业的组织。在测试组装时，不评价由机器人实现的组装的容易性。

将给出传统设计支持技术的描述。第一，提到了使用优化计算的自动组装任务分配。在使用优化计算时，即使产品设计者也能够执行组装任务分配。然而，该技术不有助于取得机器人的较高使用效果。如果取得较高机器人使用效果，则设计者自己必须在考虑产品规格之后判断设计变更的必要性。该任务困难且耗时。第二，提到了生产线模拟器。在使用该模拟器时，可以估计整个生产线的布局、交通线、组装任务分配等。然而，执行模拟器和分析模拟结果需要生产工程学的知识(工业工程、tps等)。第三，提到了离线示教(机器人模拟器)。在使用机器人模拟器时，可以在没有实际机器人机器的情况下形成组装动作。然而，确定动作需要机器人控制的知识。凭借以上所提及的设计支持技术，难以在产品设计阶段估计机器人的使用效果。

因此，将给出可以在机器人的使用效果高的生产线上制造的产品的设计支持技术的评述的描述。为了形成机器人的使用效果高的组装工序规划，优选的是向机器人分配可以连续执行的多个作业。例如，如在图1的左下区域例示的，在向机器人分配可以连续执行的第四作业到第六作业时，可以减少机器人不工作的等待时间。如果机器人能够执行的连续作业数是第一指标，则该第一指标越高，机器人的使用效果越高。

另选地，为了形成机器人的使用效果高的组装工序规划，优选的是向机器人分配安排自由度高的作业。“安排”是作业顺序的安排。作业顺序的安排自由度可以定义为“在确定作业顺序时，由于依存于其他作业的限制低而可能以各种顺序安排作业的程度”。例如，如在图1的右下区域例示的，在给机器人分配了独立于其他作业的作业时，可以减少机器人不工作的等待时间。如果安排自由度是第二指标，则该第二指标越高，机器人的使用效果越高。

因此，将给出能够通过将根据第一指标和第二指标的信息与第一指标和第二指标的对象作业关联并呈现信息和对象作业来呈现放大机器人的使用效果所需的信息的设计支持装置、设计支持方法以及设计支持程序的描述。

图2的(a)例示了根据第一实施方式的设计支持装置100的框图。如图2的(a)所例示，设计支持装置100具有候选选择器10、连续作业数计算器20、安排自由度计算器30、自动生成器40、优先级计算器50等。

图2的(b)例示了设计支持装置100的硬件结构。如图2的(b)例示，设计支持装置100具有cpu101、ram102、存储装置103、输入装置104、显示装置105等。这些部件用总线等耦合到彼此。cpu101是中央处理单元。cpu101包括一个或更多个核心。ram(随机存取存储器)102是临时存储由cpu101执行的程序、由cpu101处理的数据等的易失性存储器。存储装置103是非易失性存储装置。存储装置103可以是ssd(固态驱动器)(诸如rom(只读存储器)或闪速存储器)、或由硬盘驱动器驱动的硬盘。输入装置104是诸如键盘、鼠标等。显示装置105是液晶显示器、电致发光板等。显示装置105示出设计支持装置100的处理结果。cpu101执行在存储装置103中存储的程序。由此，建立设计支持装置100的各单元。设计支持装置100的各单元可以为诸如专用电路的硬件。

图3例示了设计支持装置100的动作的示例的流程图。将基于图2的(a)、图2的(b)以及图3给出设计支持装置100的动作的示例的描述。

候选选择器10接收用户通过使用输入装置104等输入的产品组装流程和组装任务之间的顺序约束(步骤s1)。产品组装流程包括作业的内容和作业的顺序。内容包括目标部件、部件重量、工具、装配方法、接合方法、装配方向、装配保持、各作业的作业时间、机器人作业的可行性。关于机器人作业的可行性，在仅用单个轴方向的动作完成装配动作时，可以确定机器人作业是可行的。

组装任务之间的顺序约束是指示在作业与在该作业之前必须完成的另一作业之间的关系的信息。例如，如果在将部件装配到基板之后将盖嵌合在基板，则部件的装配必须在嵌合盖之前完成。图4例示了组装顺序的顺序约束。在图4中，组装任务之间的顺序约束用有向图来可视化。例如，如图4例示，关于#1作业，没有必须在#1作业之前完成的作业。另一方面，关于#2作业，必须在#2作业之前完成#1作业。图4包括机器人作业的可行性。

接着，凭借使用组装任务之间的顺序约束，连续作业数计算器20使用组装任务之间的顺序约束，并且计算在机器人不能够执行的各作业变更为机器人能够执行的作业的情况下机器人能够执行的最大连续作业数(步骤s2)。图5例示了步骤s2的细节的流程图。如图5例示，连续作业数计算器20指定作业x(步骤s11)。例如，连续作业数计算器20将机器人不能够执行的作业中的任一个作业指定为作业x。并且，连续作业数计算器20通过重复图5的流程图依次指定机器人不能够执行的作业。

接着，连续作业数计算器20从作业x开始递归地检查组装任务之间的顺序约束的优先约束，并且将所有检测到的作业添加到作业完成列表y(步骤s12)。优先约束是在开始该作业之前必须已完成的作业。作业完成列表y是在作业x完成时必须已完成的作业。

图6例示了步骤s12的细节的流程图。如图6例示，连续作业数计算器20将作业x添加到测试对象列表z(步骤s21)。接着，连续作业数计算器20从测试对象列表z读取任意作业a，并且从测试对象列表z删除该作业a(步骤s22)。接着，连续作业数计算器20将作业a添加到作业完成列表y(步骤s23)。

接着，连续作业数计算器20确定是否存在作业a的优先约束(步骤s24)。如果作业可以在刚在开始之后就执行，则该作业没有优先约束。当在步骤s24中确定为“是”时，连续作业数计算器20将在作业完成列表y和测试对象列表z中都不包括的作业a的一个或更多个优先约束添加到测试对象列表z(步骤s25)。在执行步骤s25之后或假如在步骤s24中确定为“否”，连续作业数计算器20确定测试对象列表z是否为空(步骤s26)。当在步骤s26中确定为“否”时，再次执行步骤s22。当在步骤s26中确定为“是”时，流程图终止。

如图5所例示，连续作业数计算器20仅跟踪机器人能够执行的作业，并且生成包括作业x和可以到达作业x且被包括在作业完成列表y中的一个或更多个作业的集合t0(步骤s13)。该集合t0是机器人在作业x结束时可以连续执行的一个或更多个作业的集合。接着，连续作业数计算器20计算集合t0的各作业的值s1(步骤s14)。具体地，可以根据以下算式(1)计算值s1。连续作业数计算器20将“0”代入变量“i”。

【算式(1)】

接着，连续作业数计算器20确定是否存在一个或更多个未测试作业(步骤s15)。当在步骤s15中确定为“是”时，连续作业数计算器20向变量“i”加“1”并且生成由以下作业组成的集合ti(步骤s16)，所述作业为在作业完成列表y中包括的作业已经执行的情况下可以执行的、未包括在作业完成列表y中并且可以由机器人执行的作业。然而，当集合ti由具有在集合ti-1(假设i>1)中包括的优先作业、未被包括在作业完成列表y中、并且能够由机器人执行的作业组成时，可以获得相同的结果。

接着，连续作业数计算器20确定集合ti是否为空(步骤s17)。当在步骤s17中确定为“否”时，连续作业数计算器20计算集合ti的各作业的值s1(步骤s18)。具体地，连续作业数计算器20根据以下算式(2)计算各作业的值s1。然而，“tj”是集合ti中的作业。“u”是作业tj的母节点的作业。“l”是集合“u”中的作业数。未计算的s1(u)是“0”。接着，连续作业数计算器20将集合ti中的作业添加到作业完成列表y(步骤s19)。之后，再次执行步骤s15。

【算式(2)】

当在步骤s17中确定为“是”时，连续作业数计算器20计算作业x的分数s1(x)(步骤s20)。具体地，连续作业数计算器20根据以下算式(3)计算分数s1(x)。算式(3)的m(t)是根据作业确定的值，诸如作业时间或设备成本。当m(t)仅被估计为连续作业数时，m(t)为“1”。凭借该处理，计算作业x的分数s1(x)。在以上所提及的处理应用于所有作业时，计算处各作业的各分数。由连续作业数计算器20计算的连续作业数作为第一指标被发送到候选选择器10。

【算式(3)】

将给出图5和图6的流程图的执行示例的描述。在注意到#1作业时，在执行步骤s11至步骤s14之后，集合t0为{t1}，作业完成列表y为{t1}，并且分数s1是{1}。接着，在执行步骤s15至步骤s20之后，集合t0是{t1}，t1是{t4,t17}，作业完成列表y是{t1,t14,t17}，s(t14)和s(t17)是“1”，并且分数s1是{1,1,1}。集合t2是{t15,t16,t18,t19}，并且s(t15)、s(t16)、s(t18)以及s(t19)是“1”。集合t3为空。因此，s1(t1)是“7”。在注意到#21作业时，t0是{t21,t14,t15,t16,t17,t18,t19}，t1是{t34,t37,t40,t43}，并且集合t2为空。因此，s1(t21)是“11”。

如图3所例示，候选选择器10按第一指标的降序对机器人不能够执行的各作业排序，并且选择前n个作业，作为设计改进候选(步骤s3)。连续作业数等于或大于阈值的作业可以被选择为设计改进候选。图7例示了设计改进候选。在图7中，分数为最高到第十高的作业以及分数与第十高分数相同的作业被确定为设计改进候选。

图8a至图8c例示了连续作业数。图8a例示了已完成产品。在图8a之前，需要附接了图8c的板盖。在装配板盖之前，需要在板盖内装配了八个部件，并且完成了螺丝紧固。在示例中，关于图8c的板盖的装配、图8b的八个部件的装配和螺丝紧固，连续作业数是大的。因此，这些作业被选择为设计改进候选。

然而，板盖的装配在图4中对应于#21作业。该作业具有最大连续作业数。然而，组装任务之间的顺序约束复杂。因此，连续作业数最大的作业的机器人化不总是高效的。因此，接着，计算作为第二指标的安排自由度。安排自由度计算器30执行彼此条件不同的多个组装任务分配，并且计算作业被设定在机器人工序中的次数作为安排自由度(步骤s4)。

例如，如图9例示，设定节拍时间。节拍时间是用于匹配各工序的定时的时间。工序是在产品组装所需的所有作业被分配给多个组的情况下的各组。组中的至少一个组仅包括机器人能够执行的作业。组是机器人执行的作业的集合。因此，集合可以被称为机器人工序。人执行的工序除了可以包括机器人不能够执行的作业之外，还可以包括机器人能够执行的作业。

需要的是人和机器人在节拍时间内完成向其分配的作业。在设定节拍时间时，可以计算各作业被分配到的人和机器人的数量(工序的数量)。安排自由度计算器30和自动生成器40基于各作业的作业时间和组装任务之间的顺序约束，在为了使组织损失最小化而对作业进行了组织时，计算对象作业被包括在机器人工序中的次数作为安排自由度。在组织期间，对象作业被当作机器人能够执行的作业。

图10例示了步骤s4的细节的流程图。如图10例示，安排自由度计算器30将设计改进候选x的分数s2(x)初始化为“0”(步骤s31)。接着，安排自由度计算器30生成用于试验的nt个节拍时间(步骤s32)。例如，节拍时间t为t＝{t0,t1,···,tnt}。安排自由度计算器30在从单个作业的最长作业时间到σct/2的范围内取样。σct是在所有作业由人执行的情况下的总作业时间。

接着，安排自由度计算器30计算节拍时间为ti时的工序数p(ti)(步骤s33)。例如，安排自由度计算器30根据算式p(ti)＝ceil(σct/(2ti))来计算工序数p(ti)。接着，安排自由度计算器30生成节拍时间为ti时的机器人工序编号r(ti)(步骤s34)。例如，安排自由度计算器30根据0<r(ti)∈整数≤p(ti)生成机器人工序编号r(ti)。步骤s32至步骤s34是计算条件生成处理。所生成的计算条件被发送到自动生成器40。

接着，安排自由度计算器30生成其中组合了ti、p(ti)以及r(ti)的p(ti)个计算条件。接着，自动生成器40在计算条件cj＝{tj，pj，rj}下自动生成组装任务分配(步骤s36)。凭借使用优化计算，自动生成器40确定使组织损失最小化的作业分配。自动生成器40在机器人工序中考虑可以机器人化的作业、包括数量等于或小于naccept的设计改进候选的约束以及组装任务之间的顺序约束。例如，自动生成器40可以凭借使用诸如禁忌搜索这样的局部搜索找到解。自动生成器40凭借使用以下算式(4)和(5)计算工序p的节拍时间tp。p(x)是包括作业x在内的工序编号。t(x)是作业x的作业时间。

【算式(4)】

【算式(5)】

tp(xk)＝t(xk)，如果p(xk)＝j；否则0

接着，自动生成器(40)在算式(6)的设计改进候选被包括在内并且算式(7)的组装任务之间的顺序约束被满足的条件下，根据由以下算式(8)至(10)表达的目标函数来确定实现组织损失最小化的作业的工序编号p(x)。算式(7)的xc是设计改进作业的集合。算式(8)的xparent(xk)是应在执行作业xk之前已完成的作业。如图9例示，组织损失是人或机器人都不执行作业的时间。在图9中，水平轴的“1”至“5”指示工序编号。在算式(7)中，“m”＝pj是工序数。tmax是t1，...，tm的最大值。tmin是t1，...，tm的最小值。

【算式(6)】

【算式(7)】

m(xk)＝1，如果p(xk)＝rj并且xk∈xc；否则0

【算式(8)】

p(xl)≤p(xk)，xl∈xparent(xk)

【算式(9)】

f＝w(tmax)|tmax-tj|+|tmax-tmin|

【算式(10)】

w(tmax)＝1，如果tmax＞tj；否则0

接着，安排自由度计算器30对机器人工序中包括的设计改进候选x的分数s2(x)加“1”(步骤s37)。将步骤s36和步骤s37重复cj次。由此，计算作业x的安排自由度s2(x)。由安排自由度计算器30计算出的安排自由度作为第二指标被发送到优先级计算器50。

如图3的流程图例示，优先级计算器50计算作业x的优先级fp(x)(步骤s5)。例如，优先级计算器50根据算式fp(x)＝w1s1(x)+w2s2(x)计算优先级fp(x)。权重w1和权重w2等于0或更大以及1或更小。权重w1和权重w2不受限制。接着，优先级计算器50以降序对优先级fp(x)排序，并且确定要改进设计的位置的优先级(步骤s6)。

接着，优先级计算器50使得显示装置105示出设计改进候选的列表连同分数(步骤s7)。图11例示了所显示的画面。如在图11的左侧区域中例示，以优先级的升序显示了设计改进候选的列表。如在图11的右侧区域中例示，示出了与对应于所选择的位置的作业有关的部件。因此，产品设计者可以理解要改进设计的候选。

在实施方式中，作为根据第一指标和第二指标的信息，优先级被呈现。并且提出第一指标和第二指标的对象作业。在基于第一指标和第二指标设计产品时，可以放大机器人的使用效果。即，可以呈现放大机器人的使用效果所需的信息。因此，提高了生产率。并且，可以减少产品开发中的、设计工序与生产工序之间的返回工时。

在实施方式中，向设计者呈现在第一指标和第二指标被加权并相加的情况下的优先级。然而，结构不受限制。例如，在不对第一指标和第二指标加权的情况下，可以向设计者呈现两个指标和作业。

图12a和图12b例示了改变所呈现的公共部件的位置处的结构的情况。例如，需要螺丝嵌合的作业变更为需要爪嵌合的另一作业，使得机器人能够执行该作业。由此，32秒/167秒＝近似19％的机器人的使用效果被提高为42秒/167秒＝近似25％的机器人的使用效果。

在实施方式中，仅关于设计改进候选来计算第二指标。然而，结构不受限制。例如，可以关于机器人不能够执行的所有作业来计算第二指标。然而，在仅关于设计改进候选来计算第二指标时，可以减小计算量。并且可以先于第一指标。

(其他)图13例示了使用云的设计支持系统。如图13例示，设计支持系统具有以下结构：具有输入装置104和显示装置105的终端301经由诸如互联网的电通信线路302与云303耦接。云303具有如2的(b)所例示的cpu101、ram102以及存储装置103，并且具有图2的(a)的功能。可以使用经由内联网耦接的服务器，代替云303。

在以上所提及的实施方式中，候选选择器10充当接收部的示例，该接收部被配置成接收关于需要多个作业来生产的产品的各作业的顺序约束、各作业的作业时间以及各作业的机器人作业的可行性。连续作业数计算器20充当第一计算器的示例，该第一计算器被配置成基于顺序约束和机器人作业的可行性来计算在机器人不能够执行的各作业变更为机器人能够执行的作业的情况下的连续作业数作为第一指标。安排自由度计算器30和自动生成器40充当第二计算器的示例，该第二计算器被配置成基于顺序约束、作业时间以及机器人作业的可行性计算在机器人不能够执行的各作业变更为机器人能够执行的作业的情况下的安排自由度作为第二指标。优先级计算器50充当呈现器，该呈现器被配置成将根据第一指标和第二指标的信息与第一指标和第二指标的对象作业关联起来，并且呈现信息和对象作业。