部品と機械のエージェント化による自律型組立システムの構成 Configuration of the autonomous assembly system using product and machine agents ○ 阪尾信幸（神奈川工科大） 正 松田三知子（神奈川工科大） 須藤康裕（神奈川工科大） Nobuyuki Sakao, Yasuhiro Sudo, Michiko Matsuda Kanagawa Institute of Technology, Shimo-ogino, Atsugi-shi, Kanagawa In this paper, product parts and machine agents are proposed for the construction of an autonomous flexible assembly system. The main part’s agent takes the initiative in this system. When a new main part is put on to the production line, the main part’s agent is dynamically generated with the product model. The main part’s agent plans the assembling process by itself and selects assembly machines that execute the assembly operations by communicating with assembly machine agents. The parts agents are deleted when a product is completed. The assembly machine agent has a machine model of itself and can determine which operations can be processed by the machine itself, The product model and machine model are described using XML. Trial implementation of main part agents, sub parts agents and assembly machine agents were done and assembly production simulation will be reported in this paper. Key words: product agent, machine agent, autonomous assembly system, multi agent system 1. はじめに 近年，変種変量生産に対応できる自律型生産システムが 注目されている．自律型生産システムは，工場で計画や命 令を行う管理マネージャ的な役割を果たすコンピュータを 必要とせず，生産機械が自ら担当作業を決定し，相互にコ ミュニケーションをとりながら協調して，製品の完成を目 指すシステム 1)である．さらに，作業対象であるワークが 自らを製品として仕上げるために，受ける作業を計画しな がらライン上を動くこと 2)により，システムの柔軟性を向 上できる．そこで本研究では，柔軟性の高い自律型組立シ ステムを構成するために，部品と組立機械をエージェント 化し，組立作業のシミュレーションを行った． 2. 自律型組立システム 自律型組立システムの概念を Fig.1 に示す．本研究にお けるエージェントは，組立工程の基礎となる主部品エージ ェント，主部品に取り付ける副部品エージェント，組立作 業を行う組立機械エージェントである．主部品エージェン トは自身を製品として完成するために必要な作業を決定し， 組立機械エージェント群とのコミュニケーションにより， それらの作業を実行可能な組立機械の中から実際に作業を 担当する機械を決定する．そして，必要に応じて作業ごと に主部品に取り付ける副部品を呼び出す．主部品と呼び出 された副部品は指定の組立機械へ移動し，組立作業を受け る．ライン上では，主部品エージェントが主体となって， 組立機械エージェントや副部品エージェントとコミュニケ ーションしながら協調して組立作業を行う． 3．部品エージェント 3-1 主部品エージェントの構成 Fig.2 に主部品エージェントの構成を示す．ライン上に新 たな製品の主部品を投入したときに，対応する製品モデル を内蔵した主部品エージェントが発生する．主部品エージ ェントは，(1)工程設計部，(2)作業機械決定部，(3)作業管 理部，(4)副部品管理部からなる．(1)は，製品モデルから組 立作業手順を記述した工程モデルを作成する．(2)は，工程 モデルを参照して，順次作業を担当する組立機械エージェ ントを決定して作業を依頼し，その結果を組立スケジュー ルとして保存する．(3)は，スケジュールにしたがって，作 業を進行する．(4)は副部品が必要な工程において，副部品 エージェントに副部品のラインへの投入を指示する．副部 品エージェントは，主部品エージェントからの指示で担当 の機械へ副部品を投入する．組立機械エージェントは，組 立作業依頼にしたがい，主部品と副部品の到着を待って， 組立作業を行う．全ての部品が主部品上に組付けられた時 点でエージェントは消滅する． Transfer request Sub Part Agents Let's ask which machine is available. Main Part Agent Assembly estimate transfer Assembly request I can assemble only the first process right now. transfer Assembly machine A Assembly machine D Assembly machine C I can dash off assembling to the third process . Assembly Assembly Machine Agents machine B Completion Fig.1 Concept of the autonomous assembly system Sub Part Agents Sub Part Agent Agent Sub Sub Part Part Agent Assembly Machine Agents 予定管理部 予定管理部 Schedule Manager Assembly Machine Agent Possible or Impossible Assembly Estimate Assembly Request Process Planner Relation between parts Create put on to the production line Undertaking notice Machine Determiner Process Plan Product Model schedule schedule Schedule Transfer Request Sub Parts Manager Work Manager Assembly Work Data Plan Process Data Process Model Assembly schedule Main Part Agent Fig.2 Structure of the main part Agent delete Completion ジェント，副部品エージェント，組立機械エージェントを 実装し，スケジューリングシミュレーションを行った．主 部品エージェントを主体とした自律分散型の組立システム の構成が可能なことを確認した．しかし，工程設計機能強 化とスケジュール最適化について課題が残った． 参考文献 (1)石川裕章，内海智史，松田三知子：自律分散型生産システム のための工作機械のエージェント化(第 4 報)－工作機械エー ジェントの構成－，2006 年度精密工学会春季大会講演論文集． (2)内海智史，石川裕章，松田三知子：製品エージェントに基づ いた自律分散型生産システムの構成(第 4 報)－製品エージェ ントの構成－，2006 年度精密工学会春季大会講演論文集． Process Model - <Product> - <Process1> - <Workpiece> Installation <Direction>Top</Direction> </Workpiece> - <Parts> <Quantity>4</Quantity> <Parts1>Front case</Parts1> <Parts2>Button</Parts2> <Parts3>Base</Parts3> <Parts4>Back case</Parts4> </Parts> </Process1> - <Process2> - <Workpiece> Screw <Direction>Top</Direction> </Workpiece> - <Parts> <Quantity>0</Quantity> </Parts> </Process2> ・ ・ ・ Screwing process Part name - <Product> ストレート型携帯電話 <Main>Parts1</Main> - <Relation> - <Screw> <Base>Parts1</Base> - <Front> Parts4 - <Front> - <Bonding> Parts2 <Front>Parts5</Front> </Bonding> </Front> </Front> <Back>Parts3</Back> </Screw> </Relation> - <Parts> 5 <Parts1>Foundation</Parts1> <Parts2>Front case</Parts2> <Parts3>Back case</Parts3> <Parts4>Button</Parts4> <Parts5>Screen cover</Parts5> </Parts> </Product> Preparation for screwing process Product Model Relationship between parts 3-2 製品モデルと工程モデル 主部品エージェントは，製品モデルに基づいて組立工程 設計を行い，工程モデルを生成する．Fig.3 にストレート型 携帯電話の製品モデルと工程モデルの関係を示す．製品モ デルおよび工程モデルは XML で記述する． ○ 製品モデル Fig.3 左側の製品モデルには，自身がなるべき製品の組立 完成形が記述してある．はじめの製品名記述に続き，主部 品を中心に各副部品との接続関係を記述した部品関係記述 がある．接続方法は，ねじ締め，接着などがある．部品記 述には，部品の総数と部品番号ごとの部品名を記述する． ○ 工程モデル Fig.3 右側の工程モデルには，製品完成までの組立手順と， 工程ごとの使用部品，接続方法と接続方向が記述してある． 主部品は基板(Parts1)であり，その上にボタン(Parts4)を配 置し，さらに前面外殻(Parts2)と前面付属品(Parts5)を接着す る入れ子構造となっている．また,主部品の下に背面外殻 (Parts3)を配置する．Fig.3 右側の先の記述は部品とねじ締 め前の準備工程を，後の記述はねじ締め工程を表す． 4. 組立機械エージェント 組立機械エージェントは，主部品エージェントから作業 見積依頼を受取り，作業が自身に可能かどうか組立機械モ デルを参照し，可否判定を行う．組立機械モデルは，可能 作業名，作業速度や取扱サイズなどの機械仕様，作業時間 の計算式などにより，機械の機能を記述している．作業が 実行可能ならば，機械が作業を実行する場合の作業開始時 間と終了予定時間を計算する．主部品エージェントは，結 果を参照して作業担当機械を決定し，その担当組立機械エ ージェントへ作業依頼をする．作業依頼を受けた組立機械 エージェントは，作業スケジュールに予定を追加する． 5. スケジューリングシミュレーション 折りたたみ型とストレート型の 2 種類の携帯電話を例に， 主部品エージェント，副部品エージェント，組立機械エー ジェントを実装し，組立作業のスケジューリングシミュレ ーションを行った．Fig.4 に自律型組立作業スケジューリン グにおける 1 ステップあたりのエージェント間のやり取り と，シーケンスの流れを示す．ここでは，基板を主部品と した．折りたたみ型携帯電話の最初の組立ステップでは， 基板に下部前面外殻，下部背面外殻，ボタンをねじ締めで 取付ける．これを主部品として，次ステップでは，中央部 前面外殻，中央部背面外殻をねじ締めで取付ける．以降 13 ステップを経て製品として完成する．部品の形状モデルは， 市販の CAD システムで作成して用いた．組立機械 1，2 は 直交座標ねじ締め機械，組立機械 3，4 は接着機械，組立機 械 5，6 は部品準備作業者である． 6. シミュレーション結果 Fig.5 にスケジューリングの実行結果を示す．(a)はスト レート型携帯電話と折りたたみ型携帯電話の目標ロット数 がそれぞれ 7 ロットで等しい場合である．(b)は，折りたた み型携帯電話 1 ロット完成後，ストレート型携帯電話 7 ロ ットの注文が入った場合である．どちらの場合も，製品ご との主部品が作業担当機械を決定し，作業が進行している． しかし，単純に作業着手時間が早い機械に作業を割当てた ので，携帯電話の種類や使用する組立機械の組合せ，主部 品の投入タイミングにより，工程数や組立機械の稼働率に ばらつきが大きい場合もあった． 7. おわりに 本研究では，自律型組立システムを構成するために部品 と組立機械のエージェント化を行った．また，主部品エー Fig.3 Relationship between product model and process model create 組立機械エージェント Assembly Machine Agent Main Part Agent Generation of Process Plan Assembly scheduling Assembly Estimate Possible or Impossible Decision of Work Machine Assembly Request Create 副部品エージェント 副部品エージェント Sub Part Agent Undertaking Notice Addition of Work Schedule Preparation for Assembly Work Transfer Request Assembly Execution Preparation for Transfer Transfer Transfer Completion Notice Completion Notice Delete Possible or Impossible Judgment × Delete Assembling Work × Fig.4 Sequence flow for the assembly operation Flip phone product01 5 1 6 1 product02 6 2 5 product03 5 1 6 product04 6 2 product05 52 product06 product07 product08 product09 product10 product11 product12 product13 product14 Cellular phone 6163636 3 1616363 53 52 51 51 51 51 5 36363636363636363 54 54 54 54 54 54 5364 54 53 54 54 54 54 5464 53 5464 61636363636363636363 5363 1 51 54 54 54 54 5364 53 536 5161616363 51 5 54 3 63 5 16 54 5 6363 1616 3 52 51 4 636353535353 363635353535353535353 54 54 5164 5164 time (a) Job schedule for regular production Flip phone product01 5 1 6 1 product02 6 2 5 product03 5 1 6 product04 6 2 product05 52 product06 product07 product08 product09 product10 product11 product12 product13 product14 61636 16163 2 51 52 51 52 5 input of new main part Cellular phone 3636 6363 54 5 54 1 54 36363 63636 4 54 54 54 54 5 6363 3636 54 5 54 4 54 63636 36363 4 54 54 54 54 5 3 63 5463 5 5363 464 54 5163 516 463 54 5363 53 64 5464 3 5163 5163 5162 51535353535353535353535353 62 5162646464646464646464646464 5163 62 54 5163 time (b) Changed schedule due to input of new main part Fig.5 Example results of planning simulation
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