目次

• 作業員動線と動作分析が求められる背景
• 従来の手法と課題
• 3D分析で何が変わるのか
• Process Simulateとは？ その特徴と適用範囲
• 作業員動線の可視化と動作最適化のステップ
• 過去データを用いた比較：導入前後の効果事例
• 開発例：FAプロダクツが支援するProcess Simulate導入プロセス
• まとめ

---

作業員動線と動作分析が求められる背景

(1) 多品種少量生産と高効率化の両立

近年、消費者のニーズが多様化し、製造業では多品種少量生産が当たり前の時代となりました。同じラインで多品種に対応しなければならず、スループットと品質を高い水準で同時に実現することが求められています。そこで、作業員の動線や動作を最適化して、限られた作業エリアでも高効率化を目指す重要性が高まっています。

(2) 人とロボットの協働の増加

工場内でロボットが活躍するケースが増えていますが、人の存在を完全に排除できるわけではありません。多関節ロボットやAGVなど自動化設備と作業員が同じエリアで協働することが増え、安全確保や動線の干渉が課題となっています。適切なレイアウト設計と動線分析で、作業者とロボットのベストバランスを模索する必要があります。

(3) 技術継承と教育時間の削減

熟練工の技術を若手に引き継ぐ時間とコストがかさんでいる現場も多いです。作業員動線と動作を客観的に分析し、最適な動きや作業姿勢を3Dで可視化すれば、新人教育や多能工化をスピードアップできます。さらに、定量評価できるため、改善効果を明確にできるメリットもあります。

---

従来の手法と課題

(1) 2Dレイアウトとストップウォッチ分析

従来は2D図面や手描きのレイアウトを用いて作業エリアを設計し、作業者の動線をストップウォッチやビデオ撮影で測定していました。これでは奥行きや安全柵との関係、協働ロボットの可動範囲などが把握しづらく、干渉リスクや動線上の無駄を見落とすケースが多発していました。

(2) 作業者の勘と経験頼み

実際の生産現場では、熟練者が自分の経験から「ここをもう少し近くした方がよい」「あの棚は低すぎる」といった感覚的な指摘でレイアウトを調整することも多いです。しかし、これが属人的になり、全体最適が進まず、組織的な継承やモデルの再現性も乏しくなります。

(3) 時間と工数の大きな投資

実機で仮レイアウトを組み、動線を観察しながら微調整するには多大な工数とライン停止が伴います。生産を止めるリスクとコストを下げるためにも、事前に仮想空間で作業員の動線と動作を検証できる環境が求められています。

---

3D分析で何が変わるのか

(1) 干渉リスクの可視化

3Dモデルを使用すれば、作業員の移動軌道と設備やロボットとの相互干渉を容易にチェックできます。安全柵や非常停止ボタンの配置を計画段階で検証でき、安全面の確保とスムーズな作業動線が両立可能です。

(2) 多角的な評価指標

単に作業時間を計測するだけでなく、作業姿勢、視認性、疲労度など多角的な評価が可能になります。例えば、作業者が屈む回数や移動距離など、2Dや従来手法では見落としがちな要素も定量化され、作業負担の軽減につながります。

(3) 動画やシミュレーションを使った社内合意形成

3Dアニメーションを用いて可視化すれば、経営層や他部門が直感的に理解しやすく、レイアウト変更や投資決定が円滑化します。実機導入やライン改造の前に試行錯誤を行い、手戻りを大幅に削減できます。

---

Process Simulateとは？ その特徴と適用範囲

(1) Siemens Tecnomatix製品の一つ

Process Simulateは、SiemensのTecnomatix 製品群に属し、3Dシミュレーションで生産工程を再現するソフトウェアです。ロボット動作や人の動作を含め、複雑な作業を高い精度でモデル化し、動作軌道や干渉を検証できます。2DシミュレーションやPlant Simulationでは難しい詳細レベルの検討に特化している点が強みです。

(2) 作業員動線の3Dモデリング

Process Simulateは、作業者の体格や作業姿勢、可動範囲を設定し、3D空間上で動作を再現できます。たとえば部品のピッキング時にどの方向から手を伸ばすか、何歩動くのかといった微細な動作を記録して最適化できるため、作業効率や安全性を数値で評価可能です。

(3) ロボット・作業者の協働シミュレーション

複数のロボットやAGVと人が同じエリアで作業する場合、干渉リスクやタクトの整合性を考慮する必要があります。Process Simulateはロボット動作を詳細に定義し、人が動線を被らないか、安全柵やセンサー配置は適切かを事前に検証し、最適レイアウトを導くことが可能です。

---

作業員動線の可視化と動作最適化のステップ

(1) 現状データの収集

まずは作業内容やFA装置のメンテナンス記録、現行の作業時間や不良率などを集め、どの部分がボトルネックかを把握します。CAD図面や工程表を入手し、Process Simulateでのモデリングに必要な情報を整理します。

(2) 3Dモデルの作成

作業エリアのレイアウトや設備、治具、工具などを3Dモデルとして登録。作業者の人型モデルに対して身長や関節可動範囲などを設定し、実際の現場条件に近い仮想空間を構築します。

(3) 動作パラメータの定義

作業工程ごとに何をどの順序で行うか、動作パラメータを詳細に入力します。例：部品Aを取りに行く→指定場所で組み立て→完成品を棚に置く、といった流れ。時間要素や動線も設定し、スムーズに行えるかどうかシミュレーション上で確認。

(4) 干渉チェックと最適化

その後、ツールの干渉や安全柵配置、ロボットとの併用時の衝突リスクなどを検出。作業距離や姿勢、余分な移動などを削減する改善案を複数用意し、どの案が最も生産性と安全性を高めるかを比較検討します。

(5) 実機導入と検証

モデル検証の結果を基に実際のライン配置を改造し、運用を開始。(FA装置の開発・改造で必要な装置アップデートを施すなど) その後、稼働状況とシミュレーション結果を比較し、さらに微調整を行うことで継続的な最適化が可能です。

---

過去データを用いた比較：導入前後の効果事例

以下は、導入前後の仮想データをまとめたサンプル例です。（実例ではなく開発例としてイメージ）

項目	導入前（従来型レイアウト）	導入後（Process Simulate検証後）
作業者平均移動距離（m/日）	2,000	1,200（約40％削減）
作業者1名あたりの平均タクト	40秒	30秒（約25％短縮）
不良率	3.5%	2.0%（動線過密・ヒューマンエラー減）
導入費用（想定）	0円（変更無し）	300万円（測定器具・レイアウト変更＋シミュレーション）
年間コスト削減効果	–	約500万円（人件費・不良ロス削減でペイ）

---

開発例：FAプロダクツが支援するProcess Simulate導入プロセス

以下は開発例として、FAプロダクツがProcess Simulateを活用して作業員動線を3D分析したプロジェクトを示します。

(1) ケース概要

• 業種：電子機器組立ライン
• 課題：作業者が工具棚や検査装置までの往復が多く、タクト遅延と作業者負荷が増大。ライン改造コストが不透明で、経営層の判断が遅れている。

(2) ステップ1：現状調査とモデル化 FAプロダクツのエンジニアが現場フローとFA装置のメンテナンス記録を確認し、人型モデル（身長・体格・姿勢）をProcess Simulateに設定。現行設備の3Dモデルを取り込み、作業ステップごとの時間をパラメータ化。

(3) ステップ2：動作シナリオと干渉チェック

• シナリオA：工具棚を作業台近くに再配置
• シナリオB：ロボットハンドオフ + 作業者が仕上げ検査
• Process Simulateで干渉や安全柵との位置を検証し、どのシナリオが動線短縮やリスク低減に最も効果的かを数値評価。

(4) ステップ3：導入・運用

• シナリオAが効果的と判定され、FA装置の開発・改造で棚配置を変更し、ラインを小規模改造。
• 稼働開始後、作業者の移動距離が4割減り、タクトが約20％短縮。作業負荷が軽減され、不良率も低下。

---

まとめ

作業員動線と動作を3Dで分析し、Process Simulateで最適化することで、生産効率や作業品質の向上を大幅に実現できます。従来の2Dレイアウトや感覚的な判断だけでは把握しきれない奥行きや干渉を詳細に検証できるので、安全性や人間工学的な快適度の向上にも寄与します。

FAプロダクツでは、Process Simulateを活用した3D分析やPlant Simulationによる工程全体の稼働率・在庫最適化など、さまざまなFA装置の開発・改造やFA装置のメンテナンス、ロボットティーチングと連携したソリューションを提供中。現場の詳細な状況に合わせて3Dモデリングし、合意形成と投資リスク削減を同時に達成するお手伝いをしています。

複雑なラインレイアウトや多品種少量対応、ロボットと人の協働など、現場が直面する様々な課題を3Dシミュレーションで客観的に検証し、無駄な動線や作業負荷を削減するのが最適なアプローチと言えます。今後の製造業では、デジタルツインの一環としてこうした3D分析が標準になりつつあるので、競争力を高めるためにも導入を検討してみてはいかがでしょうか。