機械設計に必要な動作・タイミング・タイムチャート図

2018年11月7日

今日は「機械設計に必要な動作・タイミング・タイムチャート図」についてのメモです。機械を製造する上で機械がどのように動くのか、どのタイミングで動くのかを計画する際に必要な情報をメモしておきます。




機械の動作・タイミング・タイムチャート

機械の製造で「生産タクト」であったり「タイムチャート」という言葉を耳にします。生産タクトはお客様からの要求値が多く、動作チャートやタイムチャートは、そのタクトに間に合わせるためにメカ設計・ソフト設計側が設定するものになります。

 

この記事では、メカ設計がそれら動作の計画から機器の選定までの流れをメモしておきます。

 

タクトが間に合わない機械を作ってしまう人の意識

いきなりですが、実は予定していた生産タクトに間に合わない機械を作ってしまう場合があります。例に挙げるとスカラロボットのようなカタログ上移動速度が速い機器に多くの仕事をさせてしまっていたりするとこのようなタクトに間に合わない事態が起きてしまいます。

 

もう少し詳しく説明すると、ある装置の生産タクトが5秒ある場合、機械を構成する各ユニットの動作全てに5秒の猶予があると勘違いしていることから起きる場合がほとんどです。

 

ロボット自体は早く動けるのに動いてよいタイミングを把握できていないから、実際に設備を作ったら待ち状態が発生して「5秒タクトをオーバー」してしまうのです。

 

エアシリンダ、ロボシリンダ、スカラロボット。これらは機械です。機械は何かの合図がないと基本的に動かすのは危険です。人のように「そろそろ動き始めるかな」という動作開始を基本的にはさせません。そのユニット内でも「Aさんが動き出して、完全に避けてからじゃないとスカラさんは動けない」ということです。

 

ですからその5秒の中に収まるように、作業スピードとパワーのある機器を詰め込んだ機械にするのか、各ユニットがその5秒をできる限り長く使えるように工程分割した機械にするのか。 これらがメカ設計のやるべき設計であり、それらを計画するのが動作チャートになります。

 

 

動作チャートを作るタイミング

動作チャートの計画をいつするのか。 というのは特に決まりが無いですが、私の場合設備の基準レイアウトを決めながら動作チャートの検討を開始することが多いです。そしてそれらは詳細設計が9割くらい確定するまでちょくちょく見直しを掛けたりします。

 

 

簡単な動作・タイミング・タイムチャート図

以下に、私が利用している簡易的な動作チャート資料を貼っておきます。※本当にシンプルなものなのでアレンジしてお使いください。

機械設計に必要な動作・タイミング・タイムチャート図

 

動作・タイミング・タイムチャート図が必要になる場所

上記のような動作チャートを一旦設計初期に設定し、設計を進めながら必要に応じて見直しを掛けていきます。すぐに動作チャートを確定できない理由は、エリア・スペースに入れられる機器にサイズ的な制限があったりするため、動作チャートが出来たから設備が成り立つというものでもないんです。

 

動作チャートは生産タクトに合わせるための工程決めのため、機械が成り立つ動きをタイミングで表し、同時にそのタイミングで動くにはどれくらいの能力(移動速度、移動するモノの重さ・吸引・釈放時間など)が必要なのかを把握してから機器を詳細選定します。

 

 

【まとめチャート作成のタイミングと審査のタイミング

最後に、大まかな流れをまとめておきます。

  1. 設備の生産タクトを把握する(仕様書に記載が無ければ確認が必要)
  2. ワークに各工程で何をするのか項目を把握(圧入・検査・反転など)
  3. 各工程をどのように駆動・搬送するか決める
  4. 各工程における機器の動作をイメージし、チャートに落とし込む※ここで動作に余裕がある計画をする
  5. 設備の生産タクトに間に合うチャートを作る(間に合わないものは工程分割などを行う)
  6. レイアウトの設計を行う(CADにて、ワーク扱い条件を確認しながら)
  7. チャートと照らし合わせながら動作可能な能力を持つ機器を詳細選定する
  8. レイアウトにスペース等に無理がある場合は 4~7 を繰り返す
  9. 詳細設計前に、レイアウトや動作タイミングに無理がないか再度確認する
4のメモ(参考)を見る

私の場合は基本的に、以下の動作時間を目安に計画しています。(ポイントはアクロバティックな動作を避けるようにするのと、各動作前に0.5s程度の余裕をつけて動作検討することで最終的なシワ寄せに対応できたり、工程分割の必要性が見えてきます

    • エアシリンダ:通常動作 平均200mm/s程度、センサ検知0.5s
    • エアシリンダ:慎重な動作 平均50~100mm/s程度、センサ検知0.5s
    • ロボシリンダ:搬送動作 平均300mm/s程度
    • ロボシリンダ:慎重な搬送 平均50~100mm/s程度
    • 吸引・釈放:0.5s~1.0s
    • チャック開・閉:1.0s
    • 別置センサ:0.5s

 

最後に補足

機械の動作が間に合わない場合は、工程を分割する事や、並列作業、多数個取りにすることで生産タクトに間に合う事があります。そのアイデアは経験から来るものが多いのですが、個人的に活用しているのが TRIZ です。

 

別記事ではありますが「問題・矛盾解決が出来るTRIZ(トゥリーズ)の手法40の発明原理」という記事も上げています。これは知識データベースの中の「技術的矛盾」を解決するための定石集なので、困ったときに使いこなせると良いかと思います。

 

 

以上です。

 

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