特開 2023-62233 生産ライン設計装置、生産ライン設計システムおよび生産ライン設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023062233

(43)【公開日】2023-05-08

(54)【発明の名称】生産ライン設計装置、生産ライン設計システムおよび生産ライン設計方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/418 20060101AFI20230426BHJP

   G06Q 50/04 20120101ALI20230426BHJP

   G06Q 10/0631 20230101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

G05B19/418 Z

G06Q50/04

G06Q10/06 302

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021172081

(22)【出願日】2021-10-21

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】弁理士法人湘洋特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】堤 大輔

(72)【発明者】

【氏名】中野 隆宏

【テーマコード（参考）】

3C100

5L049

【Ｆターム（参考）】

3C100AA22

3C100AA42

3C100AA43

3C100BB12

3C100BB13

3C100BB14

5L049AA06

5L049CC03

(57)【要約】

【課題】簡便に精度よく運用コストを抑えた生産ライン設計を立案する技術を提供する。
【解決手段】 生産ライン設計装置であって、設計対象の生産ラインのリソース構成情報と、生産リソース間のリソース配置制約情報と、設計対象の生産ラインが満たすべき生産条件と、生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を含む作業割付情報と、生産ラインの段取り作業において使用する生産リソースと段取り作業の順序とを含む作業順序情報と、生産リソースの仕様を定義するリソース候補情報と、を記憶する記憶部と、リソース構成情報ごとに、生産リソース間の配置制約と、生産条件と、を満たすレイアウト候補を複数生成するレイアウト生成部と、リソース構成情報と、作業割付情報と、作業順序情報と、リソース候補情報と、を用いてレイアウト候補ごとに段取り時間を算出する段取り時間算出部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

設計対象の生産ラインを構成する生産リソースを定義するリソース構成情報と、
前記生産リソース間の配置制約を定義したリソース配置制約情報と、
前記設計対象となる生産ラインが満たすべき生産条件と、
前記生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を含む作業割付情報と、
前記生産ラインの段取り作業において使用する前記生産リソースと前記段取り作業の順序とを含む作業順序情報と、
前記生産リソースの仕様を定義するリソース候補情報と、
を記憶する記憶部と、
前記リソース構成情報ごとに、前記生産リソース間の配置制約と、前記生産条件と、を満たすレイアウト候補を複数生成するレイアウト生成部と、
前記リソース構成情報と、前記作業割付情報と、前記作業順序情報と、前記リソース候補情報と、を用いて前記レイアウト候補ごとに段取り時間を算出する段取り時間算出部と、
を備える生産ライン設計装置。

【請求項2】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記記憶部には、
前記ワークの寸法または形状を含むワーク特性情報と、
前記生産リソースを主要リソースと付帯リソースに分けて構成上の制約条件を定義するリソース構成制約と、
前記ワークの生産期間と生産量を含む生産計画と、
前記ワークごとの作業時間を含む作業時間と、
が記憶され、
前記ワーク特性情報と、前記リソース構成制約と、前記生産条件と、を用いて前記リソース構成情報を複数生成し、各リソース構成情報に対して、前記生産計画と前記作業時間を用いて前記作業割付情報を算出するリソース構成生成部と、
を備えることを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項3】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
選択された前記レイアウト候補ごとに、前記リソース候補情報に含まれる前記生産リソースの寸法を用いて、セルごとの横幅、縦幅および占有面積を算出するセルサイズ算出部、
を備えることを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項4】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記生産条件には、少なくともセルの占有面積の制約が含まれ、
前記レイアウト生成部は、前記リソース構成情報について、前記セルの占有面積の制約を満足する前記レイアウト候補が１つも生成しえない場合には、該リソース構成情報とは異なるリソース構成情報を用いて、前記レイアウト候補を生成する、
ことを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項5】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記段取り時間算出部は、選択された前記レイアウト候補ごとに、前記生産リソースによる段取りの作業回数と、最小時間と、前記生産リソースの把持部の移動速度および移動距離と、を用いて前記段取り時間を算出する、
ことを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項6】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記段取り時間を用いて前記レイアウト候補を評価するレイアウト評価部、
を備えることを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項7】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
セルの占有面積を用いて前記レイアウト候補を評価するレイアウト評価部、
を備えることを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項8】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記記憶部には、
前記ワークの寸法または形状を含むワーク特性情報と、
前記生産リソースを主要リソースと付帯リソースに分けて構成上の制約条件を定義するリソース構成制約と、
前記ワークの生産期間と生産量を含む生産計画と、
前記ワークごとの作業時間を含む作業時間と、
が記憶され、
前記ワーク特性情報と、前記リソース構成制約と、前記生産条件と、を用いて前記リソース構成情報を複数生成し、各リソース構成情報に対して、前記生産計画と前記作業時間を用いて、前記生産リソースに含まれるすべての前記主要リソースにおける加工時間を平準化して前記作業割付情報を算出するリソース構成生成部、
を備えることを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項9】

請求項１に記載の生産ライン設計装置であって、
前記記憶部には、
前記ワークの寸法または形状を含むワーク特性情報と、
前記生産リソースを主要リソースと付帯リソースに分けて構成上の制約条件を定義するリソース構成制約と、
前記ワークの生産期間と生産量を含む生産計画と、
前記ワークごとの作業時間を含む作業時間と、
が記憶され、
前記ワーク特性情報と、前記リソース構成制約と、前記生産条件と、を用いて前記リソース構成情報を複数生成し、各リソース構成情報に対して、前記生産計画と前記作業時間を用いて前記作業割付情報を算出するリソース構成生成部と、を備え、
前記リソース構成生成部は、
前記生産条件を満たすリソース構成候補が存在する場合には、レイアウト生成部の処理を開始させ、前記生産条件を満たすリソース構成候補が存在しない場合には、前記生産条件の変更を受け付けて、再度リソース構成候補を生成する、
ことを特徴とする生産ライン設計装置。

【請求項10】

生産ライン設計装置を含む生産ライン設計システムであって、
前記生産ライン設計装置は、
設計対象の生産ラインを構成する生産リソースを定義するリソース構成情報と、
前記生産リソース間の配置制約を定義したリソース配置制約情報と、
前記設計対象となる生産ラインが満たすべき生産条件と、
前記生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を含む作業割付情報と、
前記生産ラインの段取り作業において使用する前記生産リソースと前記段取り作業の順序とを含む作業順序情報と、
前記生産リソースの仕様を定義するリソース候補情報と、
を記憶する記憶部と、プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記リソース構成情報ごとに、前記生産リソース間の配置制約と、前記生産条件と、を満たすレイアウト候補を複数生成するレイアウト生成ステップと、
前記リソース構成情報と、前記作業割付情報と、前記作業順序情報と、前記リソース候補情報と、を用いて前記レイアウト候補ごとに段取り時間を算出する段取り時間算出ステップと、
を実施する生産ライン設計システム。

【請求項11】

生産ライン設計装置を用いる生産ライン設計方法であって、
前記生産ライン設計装置は、
設計対象の生産ラインを構成する生産リソースを定義するリソース構成情報と、
前記生産リソース間の配置制約を定義したリソース配置制約情報と、
前記設計対象となる生産ラインが満たすべき生産条件と、
前記生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を含む作業割付情報と、
前記生産ラインの段取り作業において使用する前記生産リソースと前記段取り作業の順序とを含む作業順序情報と、
前記生産リソースの仕様を定義するリソース候補情報と、
を記憶する記憶部と、プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、
前記リソース構成情報ごとに、前記生産リソース間の配置制約と、前記生産条件と、を満たすレイアウト候補を複数生成するレイアウト生成ステップと、
前記リソース構成情報と、前記作業割付情報と、前記作業順序情報と、前記リソース候補情報と、を用いて前記レイアウト候補ごとに段取り時間を算出する段取り時間算出ステップと、
を実施する生産ライン設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生産ライン設計装置、生産ライン設計システムおよび生産ライン設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「対象部品を加工して製品を生産する生産システムの工程設計情報を生成する設計情報生成装置であって、前記製品の幾何情報、組立情報及び作業工程情報に基づいて、目標状態に到達するために前記対象部品に施される操作を示す必要操作情報を生成する必要操作情報生成部と、前記幾何情報、前記組立情報及び前記作業工程情報に基づいて、前記対象部品の位置又は作用力の少なくともいずれか１つの制約条件を決定して作業制約情報を生成する作業制約生成部と、前記必要操作情報、前記作業制約情報及び作業主体情報に基づいて、前記必要操作情報を実現するための必要操作能力及び前記制約条件の双方を満たす複数の作業主体を選定して、選定された前記複数の作業主体の情報を含む工程設計情報を生成する作業主体選定部とを備えることを特徴とする設計情報生成装置」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０２１９３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の特許文献１に記載の技術では、所望の作業を実行するための必要能力情報と、所与の制約条件情報の双方を満たす作業主体を選定している。ここで、作業主体とは、当該工程を実行する主要なリソース（以下、主要リソース）である。一方で、精度よく作業時間の見込みを算出するためには、作業主体が行う作業時間以外にも、段取りのための時間を精度よく算出する必要がある。上記技術では、そのような点に言及はなく、精度よく最良の設計結果を得ることはできない。

【0005】

本発明の目的は、簡便に精度よく運用コストを抑えた生産ライン設計を立案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願は、上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の手段を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、生産ライン設計装置であって、設計対象の生産ラインを構成する生産リソースを定義するリソース構成情報と、前記生産リソース間の配置制約を定義したリソース配置制約情報と、前記設計対象となる生産ラインが満たすべき生産条件と、前記生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を含む作業割付情報と、前記生産ラインの段取り作業において使用する前記生産リソースと前記段取り作業の順序とを含む作業順序情報と、前記生産リソースの仕様を定義するリソース候補情報と、を記憶する記憶部と、前記リソース構成情報ごとに、前記生産リソース間の配置制約と、前記生産条件と、を満たすレイアウト候補を複数生成するレイアウト生成部と、前記リソース構成情報と、前記作業割付情報と、前記作業順序情報と、前記リソース候補情報と、を用いて前記レイアウト候補ごとに段取り時間を算出する段取り時間算出部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、簡便に精度よく運用コストを抑えた生産ライン設計を立案する技術を提供することができる。

【0008】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】生産ライン設計システムの構成例を示す図である。

【図2】生産計画情報のデータ構造の例を示す図である。

【図3】ワーク特性情報のデータ構造の例を示す図である。

【図4】作業時間情報のデータ構造の例を示す図である。

【図5】リソース候補情報のデータ構造の例を示す図である。

【図6】生産条件情報のデータ構造の例を示す図である。

【図7】作業順序情報のデータ構造の例を示す図である。

【図8】リソース構成情報のデータ構造の例を示す図である。

【図9】作業割付情報のデータ構造の例を示す図である。

【図10】コスト情報のデータ構造の例を示す図である。

【図11】レイアウト情報のデータ構造の例を示す図である。

【図12】段取り時間情報のデータ構造の例を示す図である。

【図13】生産ライン設計装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図14】生産ライン設計処理のフローの例を示す図である。

【図15】リソース構成生成処理のフローの例を示す図である。

【図16】レイアウト生成処理のフローの例を示す図である。

【図17】段取り時間算出処理のフローの例を示す図である。

【図18】候補表示画面の例を示す図である。

【図19】レイアウト案詳細表示画面の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

【0011】

また、以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

【0012】

さらに、以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0013】

同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

【0014】

また、実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。ただし、同一の部材であっても環境変更等により変更前の部材と称呼を共有すると混乱を生ぜしめるおそれが高い場合、別の異なる符号や名称を付すことがある。以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。

【0015】

主要リソース（例えば、加工機、溶接機、それらへのワーク（被加工物）取付やハンド（把持部ともいう）交換等を行うロボット等を含む）が工程を実行する際に必要となる付帯的なリソースを付帯リソースと呼ぶものとすると、ライン設計において精度よく運用効率のよい設計を得るためには、付帯リソースの設計も併せて行う必要があるとともに、主要リソースだけでなく付帯リソースも含めたレイアウトを生成する必要がある。レイアウトによっても、段取り作業時間に変動が出るためである。例えば、付帯リソースには、加工機が加工作業を実行するために必要な治具やハンドストッカ、あるいはロボットが段取り作業を実行するために必要なハンドやハンドストッカ等が含まれる。

【0016】

一般的に、能力の高い主要リソースを使用すれば作業時間は短くなることが期待されるが、能力の高い主要リソースほど投資コストや運用コストが高くなるため、工程全体の運用コストを比較して工程計画を行う必要がある。精度よく運用コストを算出するためには、付帯リソースも含めて具体的にラインを設計しその設計を評価するのが合理である。

【0017】

特に、近年では、加工機とロボットとを組み合わせて自律稼働させるライン設計の需要が多くなり、運用コストを抑える必要性も高まっている。つまり、主要リソースだけでなく付帯リソースを含む効率的なレイアウトを生成することで、段取り時間の見積もりの精度を高めることができ、それにより運用コストを抑えた生産ライン設計を立案することができるといえる。

【0018】

以下の実施形態では、ワークを切削加工する加工機と、加工工程の前および後にワークを加工機へ搬入および搬出する作業者やロボット等からなる生産ラインにおいて、リソース構成とレイアウトを設計する問題を対象とする。本発明が対象とする生産ラインの作業工程は、加工だけでなく、組立や溶接等でもよい。

【0019】

このような生産ラインを構成するリソースを例示する。まず、加工工程を実行する主要リソースである加工機がある。そして、加工機の付帯リソースとして、チャック爪とチャック爪置き場等がある。また、加工の前後工程で必要となるワーク取り付け作業やチャック爪交換作業といった段取り作業を実行する主要リソースとして、作業者とロボットがある。さらに、ロボットの付帯リソースとして、ハンドやハンド置き場等がある。

【0020】

生産ラインは、１つまたは複数のセルという単位から構成される。各セルは加工工程を実行する一台又は複数台の加工機と、加工工程の段取り作業を実行する１台のロボットまたは１人の作業者を必須として構成されるものとする。段取り作業を実行する主要リソースとしてのロボットは、ワークを把持するためのハンドを１つ以上必要とする。ハンドを２つ以上要する場合には、一時的に使用していない方のハンドを格納するための１つ以上のハンド置き場を要する。このような主要リソース同士の関係、主要リソースと付帯リソースとの関係、付帯リソース同士の関係は、リソース構成制約として数式を用いて定義することができる。なお、レイアウト上でのリソース間の配置上の制約については、リソース配置制約として定義されうる。

【0021】

リソース構成設計においては、様々な種類のリソース候補のなかから、対象工場の生産ラインを構成する主要リソースと付帯リソースの組合せを一つ以上決定することとなる。続くレイアウト設計においては、リソース構成設計で決定したリソース構成に対して、リソースを配置する位置と向きを決定する。一般的に、能力の高い主要リソースを使用すれば、より大きな寸法のワークをより短時間で作業完了できるが、より大きな占有面積とより高い購入価格を要する。

【0022】

以下の実施形態では、作業能力、作業時間、スペース、コストといった多岐の変数のトレードオフ関係を考慮して、必要な生産量を満足するとともに運用コストを抑えたリソース構成を決定し、段取り時間をも抑えたレイアウトを決定する生産ライン設計装置について説明する。なお、運用コストは設定した期間における設備償却費と人件費の総和として定義される。

【0023】

なお、以下の実施形態においては、「入力部」、「出力部」は、一つ以上のインターフェースデバイスでよい。当該一つ以上のインターフェースデバイスは、下記のうちの少なくとも一つでよい。
・一つ以上のＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）インターフェースデバイス。Ｉ／Ｏインターフェースデバイスは、Ｉ／Ｏデバイスと遠隔の表示用計算機とのうちの少なくとも一つに対するインターフェースデバイスである。表示用計算機に対するＩ／Ｏインターフェースデバイスは、通信インターフェースデバイスでよい。少なくとも一つのＩ／Ｏデバイスは、ユーザインターフェースデバイス、例えば、キーボード及びポインティングデバイスのような入力デバイスと、表示デバイスのような出力デバイスとのうちのいずれでもよい。
・一つ以上の通信インターフェースデバイス。一つ以上の通信インターフェースデバイスは、一つ以上の同種の通信インターフェースデバイス（例えば一つ以上のＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ））であってもよいし二つ以上の異種の通信インターフェースデバイス（例えばＮＩＣとＨＢＡ（Ｈｏｓｔ Ｂｕｓ Ａｄａｐｔｅｒ））であってもよい。

【0024】

また、以下の説明では、「メモリ」は、一つ以上の記憶デバイスの一例である一つ以上のメモリデバイスであり、典型的には主記憶デバイスでよい。メモリにおける少なくとも一つのメモリデバイスは、揮発性メモリデバイスであってもよいし不揮発性メモリデバイスであってもよい。

【0025】

また、以下の説明では、「外部記憶装置」は、一つ以上の記憶デバイスの一例である一つ以上の永続記憶デバイスでよい。永続記憶デバイスは、典型的には、不揮発性の記憶デバイス（例えば補助記憶デバイス）でよく、具体的には、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、ＮＶＭＥ（Ｎｏｎ－Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｅｘｐｒｅｓｓ）ドライブ、又は、ＳＣＭ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｌａｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）でよい。

【0026】

また、以下の説明では、「記憶部」または「外部記憶装置」は、メモリと永続記憶装置のうちメモリかまたは両方であればよい。

【0027】

また、以下の説明では、「処理部」または「プロセッサ」は、一つ以上のプロセッサデバイスでよい。少なくとも一つのプロセッサデバイスは、典型的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなマイクロプロセッサデバイスでよいが、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のような他種のプロセッサデバイスでもよい。少なくとも一つのプロセッサデバイスは、シングルコアでもよいしマルチコアでもよい。少なくとも一つのプロセッサデバイスは、プロセッサコアでもよい。少なくとも一つのプロセッサデバイスは、処理の一部又は全部を行うハードウェア記述言語によりゲートアレイの集合体である回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））といった広義のプロセッサデバイスでもよい。

【0028】

また、以下の説明では、「生産ライン設計システム」は、一つ以上の物理的な計算機で構成されたシステムでもよいし、物理的な計算リソース群（例えば、クラウド基盤）上に実現されたシステム（例えば、クラウドコンピューティングシステム）でもよい。生産ライン設計システムが表示用情報を「表示する」ことは、計算機が有する表示デバイスに表示用情報を表示することであってもよいし、計算機が表示用計算機に表示用情報を送信することであってもよい（後者の場合は表示用計算機によって表示用情報が表示される）。

【0029】

図１は、生産ライン設計システムの構成例を示す図である。生産ライン設計システム１は、生産ライン設計装置１００を含み、製造現場（エリア）あるいは製造現場外の施設に設けられる。生産ライン設計システム１には、図示しないネットワークを介して通信可能に接続された表示用計算機等の利用環境に応じた装置群が含まれる。

【0030】

図示しないが、ネットワークは、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット等の一般公衆回線を一部または全部に用いた通信網、携帯電話通信網等、のいずれかまたはこれらの複合したネットワークである。なお、ネットワークは、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）や５Ｇ（Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）等の無線による通信網であってもよい。

【0031】

生産ライン設計装置１００は、入力部１１０と、出力部１２０と、処理部１４０と、記憶部１５０と、を備える。記憶部１５０には、生産計画情報１５１と、ワーク特性情報１５２と、作業時間情報１５３と、リソース候補情報１５４と、生産条件情報１５５と、作業順序情報１５６と、リソース構成情報１５７と、作業割付情報１５８と、コスト情報１５９と、レイアウト情報１６０と、段取り時間情報１６１と、が含まれる。処理部１４０には、リソース構成生成部１４１と、レイアウト生成部１４２と、段取り時間算出部１４３と、セルサイズ算出部１４４と、レイアウト評価部１４５と、が含まれる。

【0032】

図２は、生産計画情報のデータ構造の例を示す図である。生産計画情報１５１は、ワークの生産期間と生産量を定義する情報である。生産計画情報１５１には、生産対象のワークＩＤ１５１ａに対して、生産期間ごとの生産量１５１ｂが対応付けて格納される。生産期間は、年や月、週の単位であってもよい。また、生産期間は１つ以上あればよい。

【0033】

図３は、ワーク特性情報のデータ構造の例を示す図である。ワーク特性情報１５２は、ワークの寸法または形状を定義する情報である。ワーク特性情報１５２には、生産対象ワークのワークＩＤ１５２ａに対して、各ワークの直径１５２ｂと、軸長１５２ｃと、重量１５２ｄと、が対応付けて格納される。なお、ワーク特性情報１５２には、これらに限られず、材質や形状、要求精度、穴あけ有無、焼き入れ有無等の他の特性についての情報が含まれるものとしてもよい。すなわち、ワーク特性情報１５２を用いることで、ワークに対して加工や段取り作業が可能である主要リソースおよび付帯リソースの候補を絞るための判断が可能となるといえる。

【0034】

図４は、作業時間情報のデータ構造の例を示す図である。作業時間情報１５３は、ワークごとの作業時間を定義する情報である。作業時間情報１５３には、対象ワークのワークＩＤ１５３ａに対して、各ワークに対する加工時間１５３ｂと、ワーク取り付け時間１５３ｃと、ワーク取り出し時間１５３ｄと、チャック爪交換時間１５３ｅと、ハンド交換時間１５３ｆと、が対応付けて格納される。例えば、ワークＩＤ＝「１」を３０００ＲＰＭ（Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）という作業速度で加工した場合の加工時間１５３ｂは、１個あたり「１３２」分となる。また、ワークＩＤ＝「２」を、Ｒｏｂｏｔによってワーク取り付け作業を実行した場合のワーク取り付け時間１５３ｃは、ワーク１個あたり「２」分となる。

【0035】

また、作業時間情報１５３には、ワーク洗浄時間やハンド爪交換時間など対象とする生産ラインに応じた作業時間情報が含まれるようにしてもよい。作業時間情報１５３の加工時間１５３ｂを用いて、生産計画情報１５１で指定された生産量を満足するリソース構成情報１５７および作業割付情報１５８を生成することができる。

【0036】

また、各作業時間は、過去の同一作業の作業実績を用いてもよいし、同一作業の実績がない場合は、類似の作業から類推した値を用いてもよい。あるいは、シミュレーション等により試算した作業時間として用いてもよい。類推やシミュレーションにより試算した値を作業時間に用いることで、実績のないワークに対しても生産ラインを設計することが可能となる。なお、作業時間情報１５３の各作業時間は、作業実績に基づき、随時更新されるものであってもよい。

【0037】

図５は、リソース候補情報のデータ構造の例を示す図である。リソース候補情報１５４は、生産リソースの仕様を定義する情報である。リソース候補情報１５４には、候補となるリソースのＩＤ１５４ａごとに、名前１５４ｂと、主要リソースか付帯リソースかを示すリソース区分１５４ｃと、作業速度１５４ｄと、購入価格１５４ｅと、外形横幅１５４ｆ、外形縦幅１５４ｇ、重量１５４ｈ、ワーク軸長下限１５４ｊ、ワーク軸長上限１５４ｋ、ワーク直径下限１５４ｍ、ワーク直径上限１５４ｐ、ワーク重量上限１５４ｒ、リーチ上限１５４ｓ、移動速度１５４ｔ等の仕様情報と、が対応付けられて格納される。

【0038】

ここで、リソース候補情報１５４に、撤去コストの情報が含まれるものとしてもよい。撤去コストの情報を用いることで、既存のリソースを撤去して新しいリソースを配置する場合や、将来的にリソースを撤去する可能性がある場合に、撤去に要する費用も考慮したコスト情報を算出することができる。

【0039】

また、リソース候補情報１５４に、外形高さの情報が含まれるものとしてもよい。外形高さの情報を用いることで、工場の高さ方向のスペースに制約がある場合に、高さの制約を満足するリソース構成候補を生成することができる。

【0040】

図６は、生産条件情報のデータ構造の例を示す図である。生産条件情報１５５は、設計の対象となる生産ラインが満たすべき生産条件を定義する情報である。生産条件情報１５５には、生産条件ＩＤ１５５ａごとに、項目１５５ｂと、項目１５５ｂの設定値１５５ｃとが対応付けて格納される。例えば、生産条件ＩＤ１５５ａが「２」である条件では、項目１５５ｂによると「加工機の稼働率」は設定値１５５ｃのとおり「７０」％に設定される。ここで、項目１５５ｂに含まれる「セル横幅上限」と「セル縦幅上限」という項目については、複数のセルに対して設定値１５５ｃを個別に設定するものであってもよい。また、生産条件には、少なくともセルの占有面積の制約が含まれる。

【0041】

また、項目１５５ｂに含まれる「減価償却期間」という項目については、それぞれのリソースに対して設定値１５５ｃを個別に設定するものであってもよい。生産条件情報１５５において生産条件を複数パターン設定することにより、それぞれのパターンに対して最適なリソース構成情報１５７やレイアウト情報１６０を選定可能となり、細やかな生産条件に応じて最適な設計解を比較することが容易になるといえる。

【0042】

また、生産条件情報１５５の項目１５５ｂとして「セル占有面積上限」を設けてもよい。セル占有面積は、配置したリソースを内包する長方形をセルとみなしたとき、その長方形の面積、すなわちセル横幅とセル縦幅の積として定義することができる。セル占有面積を定義することで、工場の設計対象エリアの面積に制約があるときでも、その制約を満たすレイアウト情報１６０を生成することができるようになる。

【0043】

図７は、作業順序情報のデータ構造の例を示す図である。作業順序情報１５６は、生産ラインの段取り作業において使用する生産リソースと段取り作業の順序とを定義する情報である。作業順序情報１５６には、作業ＩＤ１５６ａごとに、作業名１５６ｂと、作業が必要となる作業頻度１５６ｃと、作業を構成する順序１５６ｅと、作業においてロボットが使用する論理リソース１５６ｆと、作業者が使用する論理リソース１５６ｇと、が対応付けられて格納される。なお、論理リソースとは、論理的にリソースの分類を特定する便宜上の分類であり、実体としてはいずれかのリソース機種（物理リソースとも称呼する）が割り当てられるものである。

【0044】

作業順序情報１５６を用いることで、論理的にリソースの使用順序を規定することが可能となるため、論理リソースに割り当てられる物理リソースのレイアウトに応じて、段取り作業の経路と移動距離をそれぞれ算出することが可能となる。ここで、作業として、ハンド爪交換作業やワーク洗浄作業といった情報を定義してもよい。また、ワーク取り付け作業を複数のパターンにより定義して、リソース構成に応じて選択できるようにしてもよい。

【0045】

図８は、リソース構成情報のデータ構造の例を示す図である。リソース構成情報１５７は、設計対象の生産ラインを構成する生産リソースを定義する情報である。リソース構成情報１５７には、セルＩＤ１５７ａに対して、セル内に配置するリソースのＩＤを特定する配置リソースＩＤ１５７ｂと、配置するリソースの論理リソース１５７ｃと、リソース機種名１５７ｄとが対応付けられて格納される。

【0046】

図９は、作業割付情報のデータ構造の例を示す図である。作業割付情報１５８は、生産リソースに割り付けられたワークおよび該ワークの数量を定義する情報である。作業割付情報１５８には、加工機ＩＤ１５８ｃと、加工機が配置されているセルＩＤ１５８ｂと、ある生産期間（生産月１５８ａ）において加工機に割り付けられたワークのワークＩＤ１５８ｄと、ワークの生産量１５８ｅと、が対応付けて格納される。

【0047】

図１０は、コスト情報のデータ構造の例を示す図である。コスト情報１５９には、あるセルＩＤ１５９ａのセルに配置されるリソースのリソースＩＤを示す配置リソースＩＤ１５９ｂと、当該リソースの購入価格１５９ｃと、減価償却費１５９ｄと、人件費１５９ｅと、減価償却費と人件費の総和として算出される運用コスト１５９ｆと、が対応付けて格納される。

【0048】

図１１は、レイアウト情報のデータ構造の例を示す図である。ここで、レイアウトは、セルを上方から見下ろした場合のセルの左下角を原点として、右方向（横方向）をｘ方向、ｘ方向に直交する上方向（縦方向）をｙ方向とする座標で示される。レイアウト情報１６０には、対象セルのセルＩＤ１６０ａごとに、当該セルに配置されたリソースのリソースＩＤを示す配置リソースＩＤ１６０ｂと、リソース機種名１６０ｃと、該リソースの中心のＸ座標を特定する中心Ｘ座標１６０ｄと、該リソースの中心のＹ座標を特定する中心Ｙ座標１６０ｅと、該リソースの向き１６０ｆと、該リソースの横幅を特定するリソース横幅１６０ｇと、該リソースの縦幅を特定するリソース縦幅１６０ｈと、該リソースの右上頂点のＸ座標を特定する右上頂点Ｘ座標１６０ｊと、該リソースの右上頂点のＹ座標を特定する右上頂点Ｙ座標１６０ｋと、が対応付けられて格納される。

【0049】

セルのサイズを考えるとき、セル内に配置されるリソースがすべて含まれる最小の長方形をセルの占有領域と考え、その面積を占有面積として考える。図１１のセルＩＤが「１」となるセルのサイズとしては、当該セル内のすべての配置リソースのなかで右上頂点のｘ座標が最大なのは、配置リソースＩＤ１６０ｂが「２」である「チャック爪置台Ａ」であるので、セル横幅は「８．１」ｍとなる。同様に、当該セル内のすべての配置リソースのなかで右上頂点のｙ座標が最大なのは配置リソースＩＤ１６０ｂが「１」である「加工機Ａ」であるので、セル縦幅は「１０．５」ｍとなる。

【0050】

図１２は、段取り時間情報のデータ構造の例を示す図である。段取り時間情報１６１には、ある生産期間（生産月１６１ａ）のセルＩＤ１６１ｂのセル内において発生する段取り作業の作業ＩＤ１６１ｃと、該段取りの作業名１６１ｄと、単位作業時間１６１ｅと、単位作業の発生回数である作業回数１６１ｆと、当該作業回数の実施による最小段取り時間１６１ｇと、単位回数あたりの単位移動距離１６１ｈと、移動速度１６１ｊと、移動時間１６１ｋと、最終的に算出される段取り時間１６１ｍと、が対応付けて格納される。

【0051】

なお、ここで、リソース構成情報１５７を用いて、予め作業回数の算出方法を複数パターン定義しておいてもよい。例えば、リソース構成上、ハンドが１つしか存在しないリソースの場合には、当然にハンド交換作業は存在しないので、ハンド交換回数はゼロと定義しておいてもよい。そうすることで、小さなサイズのワークを把持できる安価なハンドを複数購入する場合と、高価だが把持可能なワークサイズの範囲がより広範なハンドを１つだけ購入する場合の比較が、段取り時間に関して行えるようになる。

【0052】

また、図示しないが、記憶部１５０には、生産リソースを主要リソースと付帯リソースに分けて構成上の制約条件を定義するリソース構成制約情報およびリソースの配置に関する制約条件を定義するリソース配置制約情報が格納される。

【0053】

図１の説明に戻る。処理部１４０には、リソース構成生成部１４１と、レイアウト生成部１４２と、段取り時間算出部１４３と、セルサイズ算出部１４４と、レイアウト評価部１４５と、が含まれる。

【0054】

リソース構成生成部１４１は、ワーク特性情報１５２と、リソース構成制約と、生産条件情報１５５と、を用いてリソース構成情報１５７を複数生成し、各リソース構成情報１５７に対して、生産計画情報１５１と作業時間情報１５３とを用いて作業割付情報１５８を算出する。また、リソース構成生成部１４１は、各リソース構成情報１５７に対して、生産計画情報１５１と作業時間情報１５３とを用いて生産リソースに含まれるすべての主要リソースにおける加工時間を平準化して作業割付情報１５８を算出するようにしてもよい。ここで、平準化とは、すべての加工時間の加工時間を算出したとき、加工時間の最大値がなるべく小さくなるように加工機とワークの組合せを求めることを意味する。加工時間を平準化することで、生産計画情報１５１で指定されたすべての生産量を生産完了するまでの所要時間を短くできる。

【0055】

また、リソース構成生成部１４１は、ワークを加工機に割り付ける方法として、なるべく使用する加工機の台数を少なくするようにワークを割り付けてもよい。使用する加工機台数を絞ることで、品質のばらつきの抑制や、設備の消費電力の抑制などの効果が期待される。また、リソース構成生成部１４１は、生産条件情報１５５を満たすリソース構成候補が存在する場合には、レイアウト生成部１４２の処理を開始させ、生産条件情報１５５を満たすリソース構成候補が存在しない場合には、生産条件情報１５５の変更を受け付けて、再度リソース構成候補を生成する。

【0056】

レイアウト生成部１４２は、リソース構成情報１５７ごとに、生産リソース間の配置に関する制約であるリソース配置制約と、生産条件情報１５５と、を満たすレイアウト候補を複数生成する。また、レイアウト生成部１４２は、リソース構成情報１５７について、セルの占有面積の制約を満足するレイアウト候補が１つも生成しえない場合には、該リソース構成候補とは異なるリソース構成候補を用いて、レイアウト候補を生成する。

【0057】

段取り時間算出部１４３は、リソース構成情報１５７と、作業割付情報１５８と、作業順序情報１５６と、リソース候補情報１５４と、を用いてレイアウト候補ごとに段取り時間を算出する。また、段取り時間算出部１４３は、選択されたレイアウト候補ごとに、生産リソースによる段取りの作業回数と、最小時間と、生産リソースの把持部の移動速度および移動距離と、を用いて段取り時間を算出する。

【0058】

セルサイズ算出部１４４は、選択されたレイアウト候補ごとに、リソース候補情報１５４に含まれる生産リソースの寸法を用いて、セルごとの横幅、縦幅および占有面積を算出する。

【0059】

レイアウト評価部１４５は、段取り時間あるいは占有面積を用いて前記レイアウト候補を評価する。

【0060】

入力部１１０は、例えば画面上で表示・操作され、キーボードあるいはマウスにて操作され入力された入力情報を受け取る。

【0061】

出力部１２０は、例えば、所定の処理を行った結果出力する情報が含まれる画面情報を作成し、表示用計算機に出力する。

【0062】

図１３は、生産ライン設計装置のハードウェア構成例を示す図である。生産ライン設計装置１００は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ、あるいはＧＰＵ）９０１と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ９０２と、ハードディスク装置（ＨＤＤ）やＳＳＤなどの外部記憶装置９０３と、ＣＤやＤＶＤなどの可搬性を有する記憶媒体９０４に対して情報を読む読取装置９０５と、キーボードやマウス、バーコードリーダ、タッチパネルなどの入力装置９０６と、ディスプレイなどの出力装置９０７と、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して他のコンピュータと通信する通信装置９０８とを備えた一般的なコンピュータ９００、あるいはこのコンピュータ９００を複数備えたネットワークシステムで実現できる。なお、読取装置９０５は、可搬性を有する記憶媒体９０４の読取だけでなく、書き込みも可能なものであっても良いことは言うまでもない。

【0063】

例えば、処理部１４０に含まれるリソース構成生成部１４１と、レイアウト生成部１４２と、段取り時間算出部１４３と、セルサイズ算出部１４４と、レイアウト評価部１４５とは、外部記憶装置９０３に記憶されている所定のプログラムをメモリ９０２にロードしてプロセッサ９０１で実行することで実現可能であり、入力部１１０は、プロセッサ９０１が入力装置９０６を利用することで実現可能であり、出力部１２０は、プロセッサ９０１が出力装置９０７あるいは通信装置９０８を利用することで実現可能であり、記憶部１５０は、プロセッサ９０１がメモリ９０２または外部記憶装置９０３を利用することにより実現可能である。

【0064】

この所定のプログラムは、読取装置９０５を介して可搬性を有する記憶媒体９０４から、あるいは、通信装置９０８を介してネットワークから、外部記憶装置９０３にダウンロードされ、それから、メモリ９０２上にロードされてプロセッサ９０１により実行されるようにしてもよい。また、読取装置９０５を介して可搬性を有する記憶媒体９０４から、あるいは、通信装置９０８を介してネットワークから、メモリ９０２上に直接ロードされ、プロセッサ９０１により実行されるようにしてもよい。なお、これに限られず、生産ライン設計装置１００は、例えばヘッドセットやゴーグル、眼鏡、インカム等の、作業者が身に着けられるウェアラブルコンピュータであってもよい。

【0065】

図１４は、生産ライン設計処理のフローの例を示す図である。生産ライン設計処理は、インターフェース装置を介してユーザにより開始指示を受け付けると開始される。

【0066】

まず、入力部１１０は、生産計画情報１５１の入力を受け付ける（ステップＳ００１）。生産計画情報１５１は、生産対象とするワークごとに定義される。

【0067】

そして、入力部１１０は、ワーク特性情報１５２の入力を受け付ける（ステップＳ００２）。ワーク特性情報１５２は、生産対象とするワークごとに定義される。

【0068】

そして、入力部１１０は、作業時間情報１５３の入力を受け付ける（ステップＳ００３）。作業時間情報１５３は、生産対象とするワークごとに定義してもよい。

【0069】

そして、入力部１１０は、リソース候補情報１５４の入力を受け付ける（ステップＳ００４）。リソース候補情報１５４は、生産ラインを構築する際の候補となるリソースを定義する。

【0070】

そして、リソース構成生成部１４１は、入力を受け付けた各情報を用いて、後述するリソース構成生成処理を実行する（ステップＳ００５）。

【0071】

そして、レイアウト生成部１４２は、後述するレイアウト生成処理を実行する（ステップＳ００６）。そして、段取り時間算出部１４３は、後述する段取り時間算出処理を実行する（ステップＳ００７）。そして、出力部１２０は、取得した結果を表示する（ステップＳ００８）。

【0072】

以上が、生産ライン設計処理のフローの例である。生産ライン設計処理のフローによれば、簡便に精度よく運用コストを抑えた生産ライン設計を立案することができる。

【0073】

図１８は、候補表示画面の例を示す図である。候補表示画面５００は、生産ライン設計処理のステップＳ００８において表示される画面の例である。候補表示画面５００には、表５１０と、運用コスト比較グラフ５２１と、段取り時間比較グラフ５２２と、レイアウト詳細表示ボタン５３０と、が含まれる。

【0074】

表５１０には、リソース構成候補とそのリソース構成候補を採用する場合のレイアウト候補の組合せが、運用コストの低い順に画面上から下へと表示される。さらに、レイアウト情報は、段取り時間の短い順に画面左から右に表示される。

【0075】

表５１０のリソース構成候補とレイアウト候補の組合せＩＤを示すチェックボックスにチェックを入れると、選択した候補の組み合わせを比較するよう運用コスト比較グラフ５２１と、段取り時間比較グラフ５２２とが更新される。

【0076】

また、レイアウト詳細表示ボタン５３０は、入力を受け付けると、チェックボックスにチェックが入っているレイアウトＩＤについて詳細を表示するレイアウト案詳細表示画面６００に画面遷移する。候補表示画面５００を用いることで、ユーザはコストや段取り時間に基づいて複数の生産条件の結果を定量的に比較できるようになる。

【0077】

図１９は、レイアウト案詳細表示画面の例を示す図である。レイアウト案詳細表示画面６００は、候補表示画面５００のレイアウト詳細表示ボタン５３０への入力を受け付けると、表示される。

【0078】

レイアウト案詳細表示画面６００には、レイアウト候補のリソース配置と、作業経路と、段取り時間とが表示される。具体的には、レイアウト案詳細表示画面６００には、レイアウト候補ＩＤが記載されているエキスパンダー６１０、６２０、６３０が含まれ、それぞれは押下されると、当該レイアウト候補ＩＤのレイアウト図と作業経路情報、段取り時間の内訳（ワークに係る段取り時間、付帯リソースに係る段取り時間等の内訳）を表示するグラフ６１１が表示される。

【0079】

また、レイアウト図には、ワーク、付帯リソースの作業経路を表示または非表示にするためのチェックボックスが含まれ、チェックされたワークまたは付帯リソースについて、レイアウト図に作業経路を示す矢印が重畳表示される。レイアウト案詳細表示画面６００によれば、ユーザはレイアウトの詳細と、段取り作業の経路を視覚的に素早く理解することができ、複数人の設計者と画面を共有することでレイアウトの変更案を迅速かつ簡便に精度よく検討することが可能になる。

【0080】

図１５は、リソース構成生成処理のフローの例を示す図である。リソース構成生成処理は、生産ライン設計処理のステップＳ００５において開始される。

【0081】

まず、入力部１１０は、生産条件情報１５５の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。そして、リソース構成生成部１４１は、リソース候補情報１５４に記憶されているリソースのなかからリソース構成制約を満たす全てのリソース構成候補をＮ個（Ｎは１以上の整数）生成し、リソース構成情報１５７に格納する（ステップＳ１０２）。

【0082】

ここで、リソース構成制約について説明する。リソース構成制約は、リソース同士の関係、リソースとワークの関係等における制約を、満たすべき数式として具体化したものである。例えば、リソース構成制約の例を式（１）（２）に示す。下式（１）は、主要リソースとワークに関するリソース構成制約の例である。

【0083】

Ｌ_Ｍ ＞ Ｌ_Ｐ ×α_ＭＰ・・・式（１）

【0084】

上式（１）において、Ｌ_Ｍは加工機のワーク軸長上限（リソース候補情報１５４のワーク軸長上限１５４ｋ）、Ｌ_Ｐは対象ワークの軸長（ワーク特性情報１５２の軸長１５２ｃ）、α_ＭＰは加工機にワークを装着させる際に設ける余裕代（安全率）である。

【0085】

上式（１）では、加工工程における主要リソースである加工機にワークを取り付ける作業を考えるとき、加工機が加工可能な最大のワーク軸長であるワーク軸長上限は、その加工機に割り付けられたワークの軸長よりも大きくなければならないという制約が制約式として定義されている。本制約により、当該作業における主要リソースの選択においては、上式（１）の制約を満たす加工機を選択することができるようになる。

【0086】

下式（２）は、主要リソースと付帯リソースおよびワークに関するリソース構成制約の例である。

【0087】

ＰＷ_Ｒ ＞ （Ｗ_Ｐ＋Ｗ_Ｈ＋Ｗ_ＨＣ） ×α_Ｒ・・・式（２）

【0088】

上式（２）において、ＰＷ_Ｒはロボットの可搬重量（リソース候補情報１５４のワーク重量上限１５４ｒ）、Ｗ_Ｐは対象ワークの重量（ワーク特性情報１５２の重量１５２ｄ）、Ｗ_Ｈはハンドの重量（リソース候補情報１５４の重量１５４ｈ）、Ｗ_ＨＣはハンド爪の重量（リソース候補情報１５４の重量１５４ｈ）、α_Ｒはロボットが搬送する総重量に対する安全率である。

【0089】

上式（２）では、ロボットが加工機へのワーク取り付けおよびワーク取り出し作業を実行する場合、ワーク重量とハンド重量とハンド爪重量の総和に安全率を乗じた値が、ロボットの可搬重量上限を超えてはならないという制約が制約式として定義している。本制約により、段取り作業を実行する主要リソースとしてロボットを選択する際に、上式（２）の重量制約を満たすロボットだけを選定することができるようになる。

【0090】

同様に、生産ラインは複数のセルから構成され、各セルは少なくとも１台以上の複数台の加工機と、１台のロボットまたは１人の作業者のいずれかと、を含んで構成されるというリソース構成の前提条件を制約式として定義することもできる。このような制約式を定義することで、加工工程を実行する主要リソースと、加工の前後工程の段取り作業を実行する主要リソースが満たすべき関係を定義することができる。

【0091】

また、ロボットにはワークを把持するためのハンドが１つ以上必要、という制約式を設けてもよい。このように制約式を定義することで、主要リソースと付帯リソースの関係を定義することができる。

【0092】

さらに、ハンドが２つ以上ある場合は１つ以上のハンド置き場が必要、という制約式を設けてもよい。このように制約式を定義することで、付帯リソースと付帯リソースの関係を定義することができる。

【0093】

そして、リソース構成生成部１４１は、生成したＮ個のリソース構成候補から処理対象とするリソース構成候補を選択するための変数ｎ（ｎは１以上の整数）を初期化し、ｎ＝１とする（ステップＳ１０３）。

【0094】

そして、リソース構成生成部１４１は、ｎ番目のリソース構成候補に対して、作業時間情報１５３に基づいて生産計画情報１５１で指定された生産量を満足するように対象ワークを加工機に割り付けることで、作業割付情報１５８を生成する（ステップＳ１０４）。なお、リソース構成生成部１４１は、ワークを加工機に割り付ける方法として、なるべく使用する加工機の台数を少なくするようにワークを割り付けることができる。

【0095】

そして、リソース構成生成部１４１は、リソース候補情報１５４を用いて、ｎ番目のリソース構成候補のコスト情報１５９を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、リソース構成生成部１４１は、ｎ番目のリソース構成候補についてリソース構成情報１５７からリソース機種名１５７ｄを取得し、リソース候補情報１５４の名前１５４ｂと一致する購入価格１５４ｅを取得し、取得した値をコスト情報１５９の購入価格１５９ｃに挿入する。リソース構成生成部１４１は、購入価格を生産条件情報１５５の減価償却期間（「６０」月）で除すことで、減価償却費１５９ｄを算出する。

【0096】

ロボットではなく作業者がリソースとして用いられるリソース構成候補については、リソース構成生成部１４１は、生産条件情報１５５の人件費単価と生産期間を乗じることで、人件費１５９ｅを算出する。そして、リソース構成生成部１４１は、減価償却費１５９ｄと人件費１５９ｅを加算することで運用コスト１５９ｆを算出する。リソース構成生成部１４１は、ｎ番目のリソース構成候補を構成するすべてのリソースそれぞれに対して、運用コスト１５９ｆを算出してコスト情報１５９をそれぞれ生成する。

【0097】

そして、リソース構成生成部１４１は、Ｎ個のリソース構成候補のうち、すべてのリソース構成候補に処理を行ったか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

【0098】

未処理のリソース構成候補がある場合（ステップＳ１０６にて「Ｎｏ」の場合）には、リソース構成生成部１４１は、リソース構成候補の処理数ｎをインクリメントして、ステップＳ１０４に制御を戻す。

【0099】

未処理のリソース構成候補がない場合（ステップＳ１０６にて「Ｙｅｓ」の場合）には、リソース構成生成部１４１は、Ｎ個のリソース構成候補のうち、生産条件情報１５５で指定された条件を満足するリソース構成候補が１つ以上存在するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

【0100】

生産条件情報１５５で指定された条件を満足するリソース構成候補が１つもない場合（ステップＳ１０７において「Ｎｏ」の場合）には、リソース構成生成部１４１は、生産条件情報１５５の変更を受け付け、ステップＳ１０１に制御を戻す。例えば、生産条件の設定値を大きな値に変更する等の条件緩和ができる。

【0101】

生産条件情報１５５で指定された条件を満足するリソース構成候補が１つ以上存在する場合（ステップＳ１０７において「Ｙｅｓ」の場合）には、リソース構成生成部１４１は、Ｎ個のリソース構成候補を運用コストが小さい順にソートする（ステップＳ１０８）。なお、運用コストが小さい順にリソース構成候補をソートすることに限られず、リソース構成生成部１４１は、他の指標に基づいてリソース構成候補をソートしてもよい。例えば、リソース構成生成部１４１は、加工時間の最大値を指標とすることで、生産計画情報１５１のすべてのワークを加工完了するまでの時間を最小化する結果を得ることができる。また、リソース構成生成部１４１は、占有面積の合計値を指標とすることで、制約を満足しつつリソースの占有面積が最小になる結果を得ることができる。さらに、リソース構成生成部１４１は、コストと加工時間とセル占有面積にそれぞれ重みづけ係数を設けることで、コストと加工時間と占有時間の重み付き線形和に基づき最適な結果を得てもよい。

【0102】

以上が、リソース構成生成処理のフローの例である。リソース構成生成処理によれば、生産計画を満たしつつ、生産条件を満たすＮ個のリソース構成候補を生成することができる。

【0103】

図１６は、レイアウト生成処理のフローの例を示す図である。レイアウト生成処理は、生産ライン設計処理のステップＳ００６において開始される。

【0104】

まず、入力部１１０は、運用コストが小さい順にソートされたＮ個のリソース構成候補の入力を受け付ける（ステップＳ２０１）。そして、レイアウト生成部１４２は、Ｎ個のリソース構成候補のなかから処理対象とするリソース構成候補を選択するための変数ｎ（ｎは整数）を初期化し、ｎ＝１とする（ステップＳ２０２）。

【0105】

そして、レイアウト生成部１４２は、ｎ番目のリソース構成候補に対して、リソース配置制約を満足する全てのレイアウト候補を生成して、記憶部１５０のレイアウト情報１６０に格納する（ステップＳ２０３）。ここで生成したレイアウト候補の数をＭ（Ｍは整数）個とする。

【0106】

ここで、リソース配置制約について説明する。リソース配置制約は、リソース同士の関係、リソースとセルとの関係等におけるレイアウト配置上の制約を、満たすべき数式として具体化したものである。例えば、リソース配置制約の例を式（３）、（４）に示す。下式（３）、（４）は、リソースとセル外形に関するリソース配置制約の例である。

【0107】

Ｘ_ｉ ＞ Ｗ_ｉ ／２・・・式（３）

【0108】

上式（３）において、Ｘ_ｉはリソースｉ（ｉはセル内の特定のリソース）の中心点のｘ座標（レイアウト情報１６０の中心Ｘ座標１６０ｄ）、Ｗ_ｉはリソースｉの横方向の外形寸法（リソース横幅１６０ｇ）である。つまり、上式（３）は、ｘ座標において、リソースの左端の座標が、セル外形の原点よりも大きな値でなければならないという制約を定義していることを示す制約式である。

【0109】

Ｘ_ｉ ＋Ｗ_ｉ／２ ＜ Ｗ_ｃ ・・・式（４）

【0110】

上式（４）において、Ｗ_ｃはセルの外形横幅の上限（生産条件情報１５５のセル横幅上限[ｍ]の設定値１５５ｃ）である。つまり、上式（４）は、ｘ座標において、リソースの右端の座標が、セル横幅上限の値を超えてはならないという制約を定義していることを示す制約式である。

【0111】

すなわち、上式（３）（４）のリソース配置制約を用いることで、生産条件情報で指定されたセル横幅上限を満足するリソースのレイアウトを生成することができる。同様にｙ座標についての同様のリソース配置制約を用いることで、セル縦幅上限を満足するようなレイアウトを生成することができる。

【0112】

その他にも、同様に、リソースは他のリソースと重複しないように配置しなければならないという制約や、リソース間には最低限必要なスペースを確保しなければならない、といった制約を制約式として立てることでリソース配置制約を定義してもよい。つまり、制約式を定義することでレイアウトを生成する際のリソースの配置ルールを定義することができるといえる。

【0113】

そして、セルサイズ算出部１４４は、ｎ番目のリソース構成候補についてのＭ個のレイアウト候補に対して、リソース構成候補の構成情報に基づきセル占有面積を算出する（ステップＳ２０４）。具体的には、セルサイズ算出部１４４は、レイアウト候補ごとに、セルごとの横幅、縦幅および占有面積を算出する。

【0114】

そして、レイアウト生成部１４２は、生産条件情報１５５で指定されたセル横幅上限および縦幅上限から求められる占有面積の制約を満足するレイアウト候補がｎ番目のリソース構成候補に一つ以上存在するか否かを判定する（ステップＳ２０５）。

【0115】

占有面積の制約を満足するレイアウト候補がｎ番目のリソース構成候補に一つ以上存在しない場合（ステップＳ２０５にて「Ｎｏ」の場合）には、レイアウト生成部１４２は、リソース構成候補の処理数ｎをインクリメントして（つまり、該リソース構成候補とは異なるリソース構成候補を用いるように変更して）、ステップＳ２０３に制御を戻しレイアウト候補を再生成する。

【0116】

占有面積の制約を満足するレイアウト候補がｎ番目のリソース構成候補に一つ以上存在する場合（ステップＳ２０５にて「Ｙｅｓ」の場合）には、レイアウト生成部１４２は、レイアウト候補を占有面積が小さい順にソートしてレイアウト情報１６０に格納する（ステップＳ２０６）。

【0117】

なお、すべてのリソース構成候補について生成されたすべてのレイアウト候補が占有面積の制約を満足しない場合には、レイアウト生成部１４２は、占有面積の上限の設定値をより大きな値に変更することで生産条件を緩和して、再度レイアウト候補を生成するようにしてもよい。

【0118】

なお、ステップＳ２０６においてレイアウト候補を占有面積の小さい順にソートしておくことで、以降に算出する段取り時間が同一となるレイアウト候補が複数存在する場合であっても、占有面積が小さいものを優先して順位付けすることができる。ただし、これに限られず、セルの縦幅に比べて横幅の制約が厳しい場合等には、より厳しい制約であるセル横幅をソートの評価指標としてもよい。セル横幅を評価指標とすることで、以降に算出する段取り時間が同一となるレイアウト候補が複数存在する場合であっても、セル横幅が小さいレイアウト候補を優先して順位付けすることができる。

【0119】

以上が、レイアウト生成処理のフローの例である。レイアウト生成処理によれば、Ｎ個のリソース構成候補を用いて所定の生産条件を満たすＭ個のレイアウト候補を生成することができる。

【0120】

図１７は、段取り時間算出処理のフローの例である。段取り時間算出処理は、生産ライン設計処理のステップＳ００７において開始される。

【0121】

まず、入力部１１０は、作業順序情報１５６の入力を受け付ける（ステップＳ３０１）。そして、入力部１１０は、セル占有面積が小さい順にソートされたＭ個のレイアウト候補の入力を受け付ける（ステップＳ３０２）。

【0122】

そして、段取り時間算出部１４３は、ｍ番目のレイアウト候補に対して、作業順序情報１５６と作業割付情報１５８と、段取り時間情報１６１に基づいて段取り作業ごとの作業回数を算出する（ステップＳ３０３）。具体的には、段取り時間情報１６１における生産月１６１aが「１」、セルＩＤ１６１ｂが「１」、作業ＩＤ１６１ｃが「１」である「ワーク取り付け作業」および作業ＩＤ１６１ｃが「２」である「ワーク取り出し作業」の作業回数を算出する場合を説明する。この場合、段取り時間算出部１４３は、作業ＩＤ１５６ａが「１」であるワーク取り付け作業と作業ＩＤ１５６ａが「２」であるワーク取り出し作業の回数は、作業頻度１５６ｃが「ワーク毎」であるので、作業割付情報１５８においてセルＩＤ１５８ｂが「１」である各ワークＩＤの生産量を合計して「４４０」回と算出する。

【0123】

そして、段取り時間算出部１４３は、作業割付情報１５８と作業時間情報１５３に基づき、レイアウト情報１６０に依らず必要となる最小段取り時間を算出する（ステップＳ３０４）。具体的には、上述の場合では、段取り時間算出部１４３は、最小段取り時間を、単位作業時間と作業回数の積により算出する。ここで、単位作業時間は、作業時間情報１５３で事前に定義されている値であり、段取り作業を実行する主要リソースの種類に応じて取得される。例えば、セルＩＤ「１」に選択された主要リソースはロボットなので、ワーク取り付け時間１５３ｃによれば、単位作業時間は「２」分となる。以上より算出された作業ＩＤの単位作業回数「４４０」回と、単位作業時間「２」を乗じると、最小段取り時間は「８８０」分と算出される。

【0124】

そして、段取り時間算出部１４３は、リソース候補情報１５４を用いてリソースごとの移動速度を取得する（ステップＳ３０５）。

【0125】

そして、段取り時間算出部１４３は、ステップＳ３０２で入力を受け付けたレイアウト候補のなかから、処理対象とするレイアウト候補を選択するための変数ｍを初期化し、ｍ＝１とする（ステップＳ３０６）。

【0126】

そして、段取り時間算出部１４３は、レイアウト情報１６０に格納されているｍ番目のレイアウト候補に対して、作業順序情報１５６で規定される順序での段取り作業の単位移動距離を算出する（ステップＳ３０７）。単位移動距離は、段取り作業において使用されるリソースの中心座標間距離の合計である。

【0127】

例えば、上述の場合、作業ＩＤが「１」のワーク取り付け作業をロボットで実行する場合のリソースの使用順序は、作業順序情報１５６で定義されているように、ロボット、ワーク置き場、把持位置調整装置、加工機、ロボットの順となる。そして、段取り時間算出部１４３は、リソース構成情報１５７の論理リソース１５７ｃと照合させて、各リソースのリソース機種名１５７ｄがそれぞれ「Ｒｏｂｏｔ１」、「ワーク置き台Ａ」、「把持位置調整装置Ａ」、「Ｍａｃｈｉｎｅ１」、「Ｒｏｂｏｔ１」であることを特定する。

【0128】

そして、段取り時間算出部１４３は、リソース機種名を用いてレイアウト情報１６０と照合して、各リソースの中心座標の値（ｘ、ｙ）を特定する。そして、段取り時間算出部１４３は、下式（５）を用いて、単位移動距離をユークリッド距離として算出する。

【0129】

・・・式（５）

【0130】

上式（５）において、ＵＨＤは単位移動距離、ｘ_iはリソースiの中心点のｘ座標、ｙ_iはリソースiの中心点のy座標、Ｎは段取り作業で使用するリソースののべ数（作業順序情報１５６の順序１５６eの作業内の最大値）である。

【0131】

例えば、上式（５）を用いて、ロボットとワーク置き場の間のユークリッド距離を局所的に算出すると「３．６４」となる。ここで、リソース間の距離はマンハッタン距離として算出してもよい。マンハッタン距離として算出することで、二次式ではなく一次式で距離を表現できるため、整数計画法などで解くことができるようになる利点がある。同様に作業順序に含まれるすべてのリソース間の距離を算出して合計すると、単位移動距離は「１７．５」となる。

【0132】

そして、段取り時間算出部１４３は、ｍ番目のレイアウト候補に対して、ステップＳ３０３で算出した作業回数と、ステップＳ３０４で算出した最小段取り時間と、ステップＳ３０５で取得した移動速度と、ステップＳ３０７で算出した移動距離とを用いて段取り時間を算出し段取り時間情報１６１に格納する（ステップＳ３０８）。具体的には、段取り時間算出部１４３は、下式（６）を用いて段取り時間を算出する。

【0133】

ＨＴ ＝ ＨＮ ×（ＵＨＴ_ｍｉｎ ＋ ＵＨＤ／ＨＶ）・・・式（６）

【0134】

上式（６）において、ＨＴは段取り時間、ＨＮは段取り作業の回数、ＵＨＴ_ｍｉｎはレイアウトに依存せずに必要となる最小段取り時間、ＵＨＤは作業１回あたりの単位移動距離、ＨＶは段取り作業を実行する主要リソースの移動速度である。

【0135】

そして、段取り時間算出部１４３は、全Ｍ個のレイアウト候補のうち、未処理のレイアウト候補が存在するか否かを判定する（ステップＳ３０９）。未処理のレイアウト候補がある場合（ステップＳ３０９にて「Ｙｅｓ」の場合）には、段取り時間算出部１４３は、レイアウト候補の処理数ｍに１加算し、ステップＳ３０７に制御を戻す。

【0136】

未処理のレイアウト候補がない場合（ステップＳ３０９にて「Ｎｏ」の場合）には、段取り時間算出部１４３は、全Ｍ個のレイアウト候補を段取り時間が小さい順にソートして、レイアウト情報１６０に格納する（ステップＳ３１０）。段取り時間が小さい順にソートすることで、ユーザは段取り時間が最小となるレイアウト情報を容易に確認でき、段取り時間が２番目や３番目に短いレイアウト情報などと容易に比較することができる。また、占有面積が小さい順にソートしてもよい。レイアウト候補を占有面積の小さい順にソートすることで、段取り時間が小さくなるレイアウトよりも占有面積が小さくなるレイアウトを求めたいとき、占有面積の小さいレイアウト情報を容易に比較できるようになる。

【0137】

以上が、段取り時間算出処理のフローの例である。段取り時間算出処理によれば、Ｍ個のレイアウト候補に対して、段取り時間を算出することができる。

【0138】

以上が、実施形態に係る生産ライン設計システム１の構成である。生産ライン設計システム１によれば、エンジニアのノウハウに依存せず手戻りをなくし、短時間で段取り時間が最小となるライン設計を立案できる。つまり、簡便に精度よく運用コストを抑えた生産ライン設計を立案することができる。

【0139】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能である。また、実施形態の構成の一部について、削除をすることも可能である。

【0140】

また、上記の各部、各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各部、各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に置くことができる。

【0141】

なお、上述した実施形態にかかる制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えても良い。以上、本発明について、実施形態を中心に説明した。

【符号の説明】

【0142】

１：生産ライン設計システム、１００：生産ライン設計装置、１１０：入力部、１２０：出力部、１４０：処理部、１４１：リソース構成生成部、１４２：レイアウト生成部、１４３：段取り時間算出部、１４４：セルサイズ算出部、１４５：レイアウト評価部、１５０：記憶部、１５１：生産計画情報、１５２：ワーク特性情報、１５３：作業時間情報、１５４：リソース候補情報、１５５：生産条件情報、１５６：作業順序情報、１５７：リソース構成情報、１５８：作業割付情報、１５９：コスト情報、１６０：レイアウト情報、１６１：段取り時間情報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】