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特許7606429生産計画装置、生産計画システムおよび生産計画方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-17
(45)【発行日】2024-12-25
(54)【発明の名称】生産計画装置、生産計画システムおよび生産計画方法
(51)【国際特許分類】
   G05B 19/418 20060101AFI20241218BHJP
【FI】
G05B19/418 Z
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2021125953
(22)【出願日】2021-07-30
(65)【公開番号】P2023020541
(43)【公開日】2023-02-09
【審査請求日】2024-02-06
(73)【特許権者】
【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】中野 隆宏
(72)【発明者】
【氏名】野中 洋一
(72)【発明者】
【氏名】堤 大輔
【審査官】飯田 義久
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-032819(JP,A)
【文献】特開2015-176239(JP,A)
【文献】特開平04-176545(JP,A)
【文献】特開2013-186866(JP,A)
【文献】特開2020-098541(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05B 19/418
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、
製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、
各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、
複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、
生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部と、を備え
前記工程計画生成部は、
前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項2】
請求項に記載の生産計画装置であって、
前記工程評価部は、
前記生産工程に対応する構成部品の寸法ばらつきに関する前記工程評価指数を算出する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項3】
請求項に記載の生産計画装置であって、
前記工程評価部は、
前記生産工程における作業時間のばらつきに関する前記工程評価指数を算出する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項4】
請求項に記載の生産計画装置であって、
前記工程評価指数は、
前記属性である、前記製品における構成部品の寸法ばらつき、作業時間ばらつき、および、当該構成部品を扱う工程で使用される設備の稼働率、のうち、少なくともいずれか一つ以上の属性に関する評価指数である
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項5】
請求項1に記載の生産計画装置であって、
前記生産計画および前記作業計画に基づき、所定設備に対して製造指示を出力する所定の装置に対し、複数の前記工程計画、前記作業計画および前記生産計画を送信する通信部をさらに備える
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項6】
請求項に記載の生産計画装置であって、
前記所定の装置は、
生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部を有する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項7】
請求項に記載の生産計画装置であって、
前記所定の装置は、
前記生産計画と、更新された生産実績と、を用いて生産ラインの状況を分析する生産ライン分析部を有し、
前記生産計画再立案部は
前記生産ライン分析部による分析結果に基づいて、生産計画の再立案の必要性を判定する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項8】
請求項1に記載の生産計画装置であって、
前記生産計画と、更新された生産実績と、を用いて生産ラインの状況を分析する生産ライン分析部をさらに備え、
前記生産計画再立案部は
前記生産ライン分析部による分析結果に基づいて、生産計画の再立案の必要性を判定する
ことを特徴とする生産計画装置。
【請求項9】
第一の生産計画装置と、第二の生産計画装置と、を有する生産計画システムであって、
前記第一の生産計画装置は、
製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、
製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、
各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、
複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、
複数の前記工程計画と、前記作業計画と、前記生産計画と、を前記第二の生産計画装置に送信する通信部と、を備え、
前記工程計画生成部は、
前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成し、
前記第二の生産計画装置は、
前記第一の生産計画装置から取得した前記生産計画および前記作業計画を用いて製品の製造を行い、
生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する
ことを特徴とする生産計画システム。
【請求項10】
生産計画装置が行う生産計画方法であって、
前記生産計画装置は、
製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価指数算出ステップと、
製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成ステップと、
各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成ステップと、
複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成ステップと、
生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案ステップと、を行い、
工程計画生成ステップでは、
前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程が評価され、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数が算出され、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画が生成される
ことを特徴とする生産計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生産計画装置、生産計画システムおよび生産計画方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、製造システムに関し、「生産統括措置は、サーバから再計画の実施条件が成立したことの判断に応じて再計画が指示された場合は、生産シミュレータを用いて生産計画を再計画し、再計画した生産計画を工場の各生産設備に割当てる。これにより、計画遅れを生じた場合であっても以後の生産計画に影響を与えることなく最適な状態に保つことが可能となる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2020-98541号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
工場において、生産性の分析に基づく品種切替や設備故障などの生産変動事象が発生した場合、問題解決のための対策を立案し、この対策に基づいて工程計画、作業計画および生産計画を更新する必要がある。
【0005】
一方で、このような対策の立案や生産計画などの更新は、工場の生産性の稼働データに基づいて工場の生産管理者や生産技術者による人手作業が必要となるため、対策等の立案期間中は生産性が阻害され、生産変動に対してフレキシブルに対応することが困難になる、という課題がある。
【0006】
なお、特許文献1には、問題が生じた際に生産シミュレータを用いて生産計画を再計画する技術が開示されている。しかしながら、同文献の生産システムでは、生産計画のみを再計画し、工程計画や作業計画の再計画が行われない。すなわち、特許文献1の生産システムでは、問題に対して工程計画や作業計画を再計画せずに生産計画の再計画のみで対応するため、対応範囲が限定的となり、結果的に生産計画の遅延などの問題が生じる可能性がある。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記の課題を解決する本発明の一態様に係る生産計画装置は、製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部と、を備え、前記工程計画生成部は、前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本実施形態に係る生産計画システムの概略構成の一例を示した図である。
図2】生産実績情報の一例を示した図である。
図3】製品CAD情報の一例を示した図である。
図4】部品形状情報の一例を示した図である。
図5】生産物量情報の一例を示した図である。
図6】工場レイアウト情報の一例を示した図である。
図7】工程計画の一例を示した図である。
図8】作業計画の一例を示した図である。
図9】生産計画の一例を示した図である。
図10】生産計画処理の一例を示したフロー図である。
図11】工程評価処理の一例を示したフロー図である。
図12】代替工程数算出処理の一例を示したフロー図である。
図13】作業半順序グラフの一例を示した図である。
図14】第一の生産計画装置のハードウェア構成の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る生産計画システム1000の概略構成の一例を示した図である。図示するように、生産計画システム1000は、第一の生産計画装置100と、第二の生産計画装置200と、を有している。また、第一の生産計画装置100と、第二の生産計画装置200とは、例えばインターネット等の公衆網やLAN(Local Area Network)あるいはWAN(Wide Area Network)などのネットワークNを介して相互通信可能に接続されている。
【0013】
また、第一の生産計画装置100および第二の生産計画装置200は、ネットワークNを介して、これらの装置に対する処理の実行指示や各装置の処理に用いられる情報を送信するために使用される外部装置300にも通信可能に接続されている。
【0014】
第一の生産計画装置100は、工場の生産ラインで製造される製品の生産計画を立案する装置である。第一の生産計画装置100は、例えばクラウド環境に置かれたサーバ装置により実現される。また、第二の生産計画装置200は、第一の生産計画装置100から取得した生産計画を用いて、工場の生産ラインを構成する各設備に対して製品の製造指示を行う装置である。第二の生産計画装置200は、例えば工場などのエッジ環境に置かれたサーバ装置により実現される。
【0015】
第一の生産計画装置100は、生産変動事象の発生にフレキシブルに対応するため、予め代替工程計画を含む複数の工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を生成し、これらを用いて生産計画を立案する。また、第一の生産計画装置100は、生産計画と、代替工程計画を含む複数の工程計画と、各工程計画に対応する作業計画と、を第二の生産計画装置200に送信する。
【0016】
第二の生産計画装置200は、工場の生産ライン状況に応じて生産変動事象が発生したか否かを分析し、生産計画の再立案を行うと判定した場合、第一の生産計画装置100から取得した複数の工程計画と、それらに対応する作業計画と、を用いて生産計画の再立案を行い、再立案した生産計画に基づいて各設備に対して製造指示を行う。
【0017】
以下、第一の生産計画装置100および第二の生産計画装置200の各機能構成の一例について説明する。
【0018】
図1に示すように、第一の生産計画装置100は、処理部110と、記憶部120と、入力部130と、出力部140と、通信部150と、を有している。
【0019】
処理部110は、第一の生産計画装置100で行われる様々な処理を実行する機能部である。具体的には、処理部110は、工程評価部111と、工程評価グラフ生成部112と、工程計画生成部113と、作業計画生成部114と、生産計画生成部115と、を有している。
【0020】
工程評価部111は、対象製品を構成する構成部品の作業工程を評価する機能部である。具体的には、工程評価部111は、構成部品(構成部品の類似部品を含む)の寸法ばらつきや作業時間ばらつきの評価指数(工程評価指数)を算出する。また、工程評価部111は、構成部品(構成部品の類似部品を含む)を扱う工程で使用される設備の稼働率を算出する。
【0021】
工程評価グラフ生成部112は、製品の作業半順序関係を示すグラフ(以下では、「作業半順序グラフ」という場合がある)を用いて、寸法ばらつき等の評価指数に基づく代替工程数基準値を算出する。また、工程評価グラフ生成部112は、代替工程数基準値を対応する構成部品あるいは工程を示すノードに対して付与した工程評価グラフを生成する。
【0022】
工程計画生成部113は、工程計画を生成する機能部である。具体的には、工程計画生成部113は、代替工程数基準値に基づき、対応する工程の代替工程数を算出する。また、工程計画生成部113は、代替工程数に応じた数の設備を割り付けた各工程と設備との組を用いて工程計画(代替工程計画を含む)を生成する。
【0023】
作業計画生成部114は、工程計画の各々に対応する作業計画を生成する機能部である。
【0024】
生産計画生成部115は、工程計画および作業計画を用いて生産計画を生成する機能部である。
【0025】
記憶部120は、様々な情報を記憶する機能部である。具体的には、記憶部120は、生産実績情報121と、製品CAD(Computer-Aided Design)情報122と、部品形状情報123と、生産物量情報124と、工場レイアウト情報125と、を有している。
【0026】
図2は、生産実績情報121の一例を示した図である。生産実績情報121は、過去の生産実績に関する情報である。なお、生産実績情報121の製品ID121aは、製品を識別するための情報である。部品ID121bは、部品を識別するための情報である。工程ID121cは、工程を識別するための情報である。生産リソースID121dは、生産リソースを識別するための情報である。日時121eは、対応付けられている製品ID121aにより識別される製品の生産において、例えば対応する部品ID121bの部品を組み付け等する所定工程の実施日時を示す情報である。着手時間121fは、対応付けられている工程ID121cにより識別される工程の着手時間を示す情報である。終了時間121gは、かかる工程の終了時間を示す情報である。
【0027】
このような生産実績情報121は、製品ID121aおよび部品ID121bで特定される対象について工程ID121cで特定される工程が終了すると、かかる対象に関する情報が登録されて更新される。
【0028】
図3は、製品CAD情報122の一例を示した図である。製品CAD情報122には、構成部品の作業半順序関係およびその他の属性情報を含む情報が含まれている。
【0029】
図4は、部品形状情報123の一例を示した図である。部品形状情報123は、製品を構成する構成部品の形状に関する情報である。なお、部品形状情報123の部品ID123aは、部品を識別するための情報である。部品名123bは、部品の名称を示す情報である。形状特性123cは、例えば円筒や矩形あるいは円柱などの部品の形状的特徴を示す情報である。幅123d、長さ123e、径123fおよび重量123gは各々、部品の幅、長さ、径および重量を示す情報である。
【0030】
図5は、生産物量情報124の一例を示した図である。生産物量情報124は、生産される製品あるいは部品の物量に関する情報である。なお、生産物量情報124の製品ID124aは、製品を識別するための情報である。また、月別生産物量124bは、所定の対象期間における対象製品あるいは構成部品の生産量を示す情報である。
【0031】
図6は、工場レイアウト情報125の一例を示した図である。工場レイアウト情報125は、設備を配置するための工場内におけるエリア(セル)やコンベアなどの位置を示す情報である。
【0032】
なお、記憶部120内の各情報は、予め記憶部120に格納されていなくとも良く、第一の生産計画装置100における処理の実行時に外部装置300から取得されても良い。
【0033】
図1に戻って説明する。入力部130は、第一の生産計画装置100が備える入力装置を介して、オペレータからの指示や情報の入力を受け付ける機能部である。また、入力部130は、通信部150を介して第二の生産計画装置200または外部装置300からの指示や情報の入力を受け付ける。
【0034】
出力部140は、表示情報を生成し、第一の生産計画装置100あるいは第二の生産計画装置200および外部装置300が備える表示装置(ディスプレイ)に表示情報を表示する機能部である。
【0035】
通信部150は、第二の生産計画装置200または外部装置300との間で情報通信を行う機能部である。
【0036】
以上、第一の生産計画装置100の機能構成の一例について説明した。
【0037】
また、図1に示すように、第二の生産計画装置200は、処理部210と、記憶部220と、入力部230と、出力部240と、通信部250と、を有している。
【0038】
処理部210は、第二の生産計画装置200で行われる様々な処理を実行する機能部である。具体的には、処理部210は、製造指示部211と、生産計画更新時期判定部212と、生産ライン分析部213と、生産計画再立案部214と、を有している。
【0039】
製造指示部211は、工場内の各設備に製造指示を送信する機能部である。具体的には、製造指示部211は、通信部250を介して、工場内の各設備に対して、第一の生産計画装置100で生成された生産計画に対応する作業計画に従った動作指示(製造指示)を出力することで、製品の生産を実行する。
【0040】
生産計画更新時期判定部212は、生産計画の更新時期について判定する機能部である。具体的には、生産計画更新時期判定部212は、生産ラインの構成の見直し時期または生産計画の立案時期に到達したか否かを判定する。なお、これらの時期に関する情報は予め記憶部220に格納されていれば良い。
【0041】
生産ライン分析部213は、生産ラインの状況を分析する機能部である。具体的には、生産ライン分析部213は、通信部250を介して接続されている工場内の各設備から生産ラインの状況を示す情報を取得および分析する。
【0042】
生産計画再立案部214は、生産計画を再立案する機能部である。具体的には、生産計画再立案部214は、第一の生産計画装置100から取得した工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を用いて生産計画を再立案する。
【0043】
記憶部220は、様々な情報を記憶する機能部である。具体的には、記憶部220は、第一の生産計画装置100から取得した代替工程計画を含む工程計画221と、作業計画222と、生産計画223と、生産実績情報224と、を有している。
【0044】
図7は、工程計画221の一例を示した図である。工程計画221には、製品の製造工程に関する情報が登録されている。なお、工程計画の製品ID221aは、対象製品の識別するための情報である。工程ID221bは、工程の識別するための情報である。生産リソースID221cは、生産リソースを識別するための情報である。
【0045】
図8は、作業計画222の一例を示した図である。作業計画222には、各工程で実施される作業内容を示す情報が登録されている。なお、作業計画222の作業ID222aは、作業を識別するための情報であって、工程計画221の各工程ID221bに紐づく情報である。作業計画ID222bは、作業計画を識別するための情報であって、作業計画の内容(例えば、組付け作業など)を示すIDが登録されている。作業時間222cは、作業ID222aで特定される工程に割り付けられた設備(生産リソース)が作業計画ID222bで特定される作業内容を実行する際の作業時間を示す情報である。
【0046】
なお、作業計画ID222bには、各工程で実施される作業内容を実現するためのロボットプログラムが紐付けられて記憶部120に格納されているものとする。このロボットプログラムは、セル内におけるロボットの配置等に関する所定情報(図示せず)を用いて公知技術に基づき各工程計画に応じて生成される。具体的には、ロボットプログラムは、例えば工場内におけるセルの配置パターンに関する情報(例えば、ロボットの位置や姿勢、動作速度など所定のパラメータ値を有する情報)を用いて、作業計画生成部114により生成される。また、作業計画ID222bに対応する作業内容は、予め記憶部120に格納されている所定情報(図示せず)に登録されているものとする。
【0047】
図9は、生産計画223の一例を示した図である。生産計画223には、製品の生産計画に関する情報が登録されている。なお、生産計画の製品ID223aは、製品を識別するための情報である。部品ID223bは、部品を識別するための情報である。工程ID223cは、工程を識別するための情報である。生産リソースID223dは、生産リソースを識別するための情報である。日時223eは、対応付けられている製品ID223aにより識別される製品の生産において、例えば対応する部品ID223bの部品を組み付け等する所定工程の実施日時を示す情報である。着手予定時間223fは、対応付けられている工程ID223cにより識別される工程の着手予定の時間を示す情報である。終了予定時間223gは、かかる工程の終了予定の時間を示す情報である。
【0048】
なお、記憶部220内の生産実績情報224は、第一の生産計画装置100の記憶部120に格納されている生産実績情報121と共通の情報であって、生産計画に基づく製品の製造に伴って逐次更新される。
【0049】
また、入力部230および出力部240は、第一の生産計画装置100と同様のため、詳細な説明は省略する。
【0050】
通信部250は、第一の生産計画装置100または外部装置300との間で情報通信を行う機能部である。
【0051】
以上、第二の生産計画装置200の機能構成の一例について説明した。
【0052】
[動作の説明]
図10は、生産計画処理の一例を示したフロー図である。後述するように、生産計画処理は、第一の生産計画装置100によりステップS010~ステップS050の処理が実行され、第二の生産計画装置200によりステップS060~ステップS100の処理が実行される。なお、生産計画処理は、例えば第一の生産計画装置100における入力部130を介して処理の実行指示をユーザから受け付けると開始される。
【0053】
処理が開始されると、第一の生産計画装置100は、各種情報を取得する(ステップS010)。具体的には、工程評価部111は、生産実績情報121と、製品CAD情報122と、部品形状情報123と、生産物量情報124と、工場レイアウト情報125と、を記憶部120から取得する。
【0054】
次に、工程評価部111は、過去の生産実績に基づき各工程の評価指数を算出する(ステップS020)。
【0055】
図11は、ステップS020に対応する工程評価処理の一例を示したフロー図である。かかる処理が開始されると、工程評価部111は、以下のステップS021~ステップS024の処理を全製品の全構成部品について繰り返し実行する(ループ処理1-1~1-2、ループ処理2-1~2-2)。
【0056】
ステップS021では、工程評価部111は、過去の生産実績に基づき、対象製品の各構成部品および対応する工程を特定する。具体的には、工程評価部111は、生産実績情報121を用いて、対象製品の各構成部品と、対応する工程IDと、を特定する。
【0057】
なお、工程評価部111は、対象製品の生産実績が生産実績情報121に含まれていない場合、当該製品の各構成部品に類似する類似部品および対応する工程IDを特定する。具体的には、工程評価部111は、製品CAD情報122および部品形状情報123を用いて対象製品を3角メッシュ化し、メッシュ間の連結関係と、構成部品の形状特性およびサイズと、に基づいて製品をその構成部品に分割する。また、工程評価部111は、かかる形状特性およびサイズが同一または類似の部品の部品IDを部品形状情報123から特定し、かかる部品IDに対応付けられている工程IDを生産実績情報121から特定する。
【0058】
なお、このような処理は、例えば特願2020-144537に記載の工程ラベリング処理と同様の方法が用いられれば良い。
【0059】
次に、工程評価部111は、過去の生産実績に基づき、各構成部品の寸法ばらつきの評価指数を算出する(ステップS022)。具体的には、工程評価部111は、特定した構成部品の過去生産時における寸法を、例えば構成部品の部品IDと寸法とが対応付けられて登録されている所定情報(図示せず)を用いて特定する。また、工程評価部111は、かかる寸法のばらつきの標準偏差を求め、当該寸法ばらつきの標準偏差と、定数であるUTL(寸法ばらつきの公差上限値)およびLTL(寸法ばらつきの公差下限値)とを用いて、以下の式(1)により各構成部品の寸法ばらつきの評価指数Cpを算出する。なお、σは寸法ばらつきの標準偏差を示す。
【0060】
【数1】
【0061】
なお、工程評価部111は、前述の所定情報を用いて寸法ばらつきの平均値を求め、以下の式(2)により各構成部品の寸法ばらつきの評価指数Cpkを算出しても良い。なお、T=(UTL-LTL)/2であり、μは寸法ばらつきの平均値を示す。
【0062】
【数2】
【0063】
次に、工程評価部111は、過去の生産実績から各構成部品の作業時間のばらつきの評価指数を算出する(ステップS023)。具体的には、工程評価部111は、構成部品の過去生産時における作業時間を、生産実績情報121の着手時間および終了時間の差分に基づき算出する。また、工程評価部111は、かかる作業時間のばらつきの標準偏差を求め、当該作業時間ばらつきの標準偏差と、定数であるUSL(作業時間ばらつきの公差上限値)およびLSL(作業時間ばらつきの公差下限値)とを用いて、以下の式(3)により各構成部品の作業時間ばらつきの評価指数Tpを算出する。なお、σは作業時間ばらつきの標準偏差を示す。
【0064】
【数3】
【0065】
なお、工程評価部111は、生産実績情報121を用いて作業時間ばらつきの平均値を求め、以下の式(4)により各構成部品の作業時間ばらつきの評価指数Tpkを算出しても良い。なお、S=(USL-LSL)/2であり、εは作業時間ばらつきの平均値を示す。
【0066】
【数4】
【0067】
次に、工程評価部111は、過去の生産実績から各構成部品を取り扱う工程に割り付けられた設備の稼働率を算出する(ステップS024)。具体的には、工程評価部111は、構成部品の部品IDおよび工程IDが対応付けられている生産実績情報121のレコードを特定し、かかるレコードの着手時間および終了時間の差分に基づき各工程に割り付けられた設備の稼働率を算出する。
【0068】
また、工程評価部111は、ステップS024の処理を終えると、本フローを終了する。
【0069】
図10に戻って説明する。次に、第一の生産計画装置100は、評価指数に基づき各工程の代替工程数を算出する(ステップS030)。
【0070】
図12は、ステップS030に対応する代替工程数算出処理の一例を示したフロー図である。かかる処理が開始されると、工程評価グラフ生成部112は、以下のステップS031~ステップS033の処理を全製品について繰り返し実行する(ループ処理3-1~3-2)。
【0071】
ステップS031では、工程評価グラフ生成部112は、製品CAD情報122を用いて、作業半順序グラフを生成する。
【0072】
図13は、作業半順序グラフの一例を示した図である。図示するように、作業半順序グラフは、製品の構成部品を示すノードA1~A5と、各ノード間の組付け関係すなわち半順序関係を示すアークと、から構成されている。なお、ノードは、各構成部品を取り扱う工程を示すものとして定義することも可能である。そのため、以下では、構成部品と、かかる構成部品に対応する工程とを同義として説明する場合がある。
【0073】
次に、工程評価グラフ生成部112は、工程評価グラフを生成する(ステップS032)。具体的には、工程評価グラフ生成部112は、「寸法ばらつきの評価指数の和」、「作業時間ばらつきの評価指数の和」および「設備稼働率の和」という3つの属性についてアークの属性値を算出する。また、工程評価グラフ生成部112は、属性ごとに、属性値が所定の基準値以上となるアークをクラスタリングする。
【0074】
まず、工程評価グラフ生成部112は、属性のうち「寸法ばらつきの評価指数の和」について、アークの属性値を算出し、属性値が基準値以上のアークをクラスタリングする。具体的には、工程評価グラフ生成部112は、生成した作業半順序グラフの各ノードに、対応する構成部品の寸法ばらつきの評価指数を割り当てる。また、工程評価グラフ生成部112は、両端のノードに割り当てられた評価指数の和すなわち両端の構成部品における寸法ばらつきの評価指数の和を両ノード間のアークの属性値として算出する。
【0075】
また、工程評価グラフ生成部112は、算出したアークの属性値と所定の基準値とを比較し、かかる基準値以上のアークをクラスタリングする。これにより、クラスタリングされたアークの両端のノードであって、寸法ばらつきの度合いが大きく、問題が生じ易い工程(構成部品)と、その工程に関連する工程であって、問題が生じた際に影響を受け易い工程と、がクラスタリングされたアークにより関連付けられる。
【0076】
また、工程評価グラフ生成部112は、同様の方法により、「作業時間ばらつきの評価指数の和」および「設備稼働率の和」の属性についてもアークをクラスタリングする。
【0077】
また、工程評価グラフ生成部112は、ノードiについて、接続されているアークの中でクラスタリングされたアークの数CNiをアークの属性ごとに集計する。具体的には、工程評価グラフ生成部112は、アークの属性ごとに、クラスタリングされたアークに接続されているノードに対してCNiを加算する。例えば、属性「寸法ばらつきの評価指数の和」の場合であって、アークxおよびアークyがクラスタリングされている場合、ノードA3のCNiはアークx=1と、アークy=1と、を加算した「2」となる。また、例えば、属性が「作業時間ばらつきの評価指数の和」の場合であって、アークxおよびアークzがクラスタリングされている場合、ノード3のCNiはアークx=1と、アークz=1と、を加算した「2」となる。また、属性「設備稼働率の和」の場合であって、アークx、アークyおよびアークzがクラスタリングされている場合、ノード3のCNiはアークx=1と、アークy=1と、アークz=1と、を加算した「3」となる。
【0078】
また、工程評価グラフ生成部112は、属性ごとに集計した値の合計を算出し、それを代替工程数基準値として対応する各ノードに付与することで工程評価グラフを生成する。
【0079】
なお、工程評価グラフ生成部112は、3つのアークの属性のうち、少なくとも1つ以上の属性を用いて工程評価グラフを生成すれば良く、3つの属性の全てを用いることは必須ではない。
【0080】
次に、工程計画生成部113は、以下のステップS033の処理を製品の全構成部品について繰り返し実行する(ループ処理4-1~4-2)。
【0081】
ステップS033では、工程計画生成部113は、工程評価グラフを用いて、ノードに対応する工程の代替工程数を算出する。具体的には、工程計画生成部113は、全ノードのCNiの平均値に対する個々のノードの代替工程数基準値の大きさの割合いに応じて、ノードごとに対応する工程の代替工程数を算出する。
【0082】
なお、工程計画生成部113は、全ノードのCNiの平均値未満の代替工程数基準値が付与されているノードについは代替工程数を「1」とする。この場合、かかるノードに対応する工程には、設備が1つ割り付けられることになり(各工程は基本設備数=1であるため)、代替工程として他の設備は割り付けられない。
【0083】
また、工程計画生成部113は、例えば全ノードのCNiの平均値以上の代替工程数基準値が付与されているノードについては、かかる基準値の大きさの割合に応じて代替工程数=「2」~「n」を算出する。この場合、かかるノードに対応する工程には、基本設備数=1と、算出された代替工程数と、を合計した数の設備が割り付けられることになる。
【0084】
また、工程計画生成部113は、全製品の全構成部品について、各工程の代替工程数を算出すると、本フローを終了する。
【0085】
図10に戻って説明する。次に、第一の生産計画装置100は、複数の工程計画および対応する作業計画を生成する(ステップS040)。なお、工程計画および作業計画の生成方法は特に限定されないが、以下にその一例を示す。
【0086】
まず、工程計画生成部113は、工程に対応する構成部品およびこれに類似する部品の部品IDを部品形状情報123から特定し、これらの部品IDが対応付けられている生産リソースを生産実績情報121から特定する。
【0087】
また、工程計画生成部113は、特定した複数の生産リソースをかかる工程の生産リソースの候補とし、ステップS030で算出された代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の生産リソース候補であって、かつ、工程の作業時間がより小さくなる生産リソース候補を工程に割り付ける。
【0088】
また、工程計画生成部113は、全対象製品における全構成部品について同様の処理を行うことで、製品ごとに、各構成部品に対応する各工程に対して代替工程数に応じた数の生産リソース候補を割り付けた複数通りの工程計画を生成する。
【0089】
なお、このような工程計画の生成方法は、例えば特願2020-144537号に記載の技術が用いられれば良い。
【0090】
また、工程計画生成部113は、生成された工程計画ごとに、工程に紐づく作業IDと、作業内容を示す作業計画IDと、作業時間とを対応付けた作業計画を生成する。なお、工程計画に基づく作業計画の生成方法は特に限定されるものではなく、公知の技術が用いられれば良い。
【0091】
また、工程計画の生成方法に係る他の一例としては、例えば特願2020-030479号に記載の技術が用いられても良い。具体的には、工程計画生成部113は、算出された代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の設備(モジュールグループ)を対応する工程に割り付けた工程および設備の組を複数通り生成する。また、作業計画生成部114は、かかる設備(モジュールグループ)の工場レイアウトにおけるセル内での配置や動作ルール等に基づく作業時間を見積もる。また、工程計画生成部113は、セル内での作業時間がより小さくなる所定数の工程および設備の組を特定し、全製品における全構成部品の作業順序を考慮した複数の工程計画を生成する。なお、工程に対して設備を割り付けると、これに伴い各工程における必要な設備台数が決定される。そのため、生成される工程計画には、生産ラインで使用される設備種類とその台数とにより示される生産ラインの設備構成が含まれている。また、作業計画生成部114は、生成された工程計画ごとに、工程計画に含まれる各工程にセル内での設備の作業時間を対応付けた作業計画を生成する。
【0092】
より具体的には、工程計画生成部113は、各工程ごとに、代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の設備(モジュールグループ候補)を抽出する。また、作業計画生成部114は、セル内における各モジュールグループ候補の配置や向きおよび動作ルールを考慮した作業時間を算出する。また、工程計画生成部113は、モジュールグループ候補単位でのセル内における作業時間がより小さくなる所定数のモジュールグループ候補と配置案を特定する。また、工程計画生成部113は、特定したモジュールグループ候補を対応する各工程に割り付けた複数通りの工程計画を生成する。また、作業計画生成部114は、生成された工程計画に含まれる各工程に対し、対応する作業IDと、かかる工程に用いられるモジュールグループの作業時間とを対応付けた作業計画を生成する。
【0093】
なお、かかる方法により工程計画を生成する場合、必要情報(例えば、部品属性情報、モジュールグループ仕様情報、モジュール仕様情報、モジュール動作パターン情報およびレイアウト情報など)は予め記憶部120に格納されていれば良く、あるいは、通信部150を介して外部装置300から取得されても良い。
【0094】
次に、生産計画生成部115は、複数の工程計画と作業計画とを用いて生産計画を生成し、同時に生産ラインの構成を最適化する(ステップS050)。具体的には、生産計画生成部115は、全製品の全構成部品について、生成された工程計画221および作業計画222と、生産物量情報124や工場レイアウト情報125等と、を用いて、生産スループットが最大化され、かつ、セル構成の変更コストが基準値以下となるように、MIP(Mixed Integer Programming) SolverあるいはGA(Genetic Algorithm)等のメタヒューリスティック法により、最適化された生産計画の生成、各工程へのセルの割り付け、および、セルの台数の算出を行う。なお、セル構成の変更コストは、予め記憶部120に格納されていれば良い。
【0095】
また、生産計画生成部115は、ステップS050の処理を行うと、通信部150を介して、生成された生産計画223と、複数の工程計画(この場合、生成された生産計画に関連しない複数の代替工程計画を含む)221と、各工程計画221に対応する作業計画222と、を第二の生産計画装置200に送信する。
【0096】
次に、第二の生産計画装置200は、取得した生産計画223に基づき製品の生産を実行する(ステップS060)。具体的には、製造指示部211は、通信部250を介して、生産計画223に対応する作業計画222を用いて工場内の各設備に対して製造指示を行うことで、製品の生産を実行する。より具体的には、製造指示部211は、生産計画223に対応する作業計画222に紐付けられているロボットプログラムを用いて工場内の各設備の動作プログラムを更新することで、生産計画223に従った製品の製造が行われるようにする。
【0097】
次に、生産計画更新時期判定部212は、生産ラインの構成の見直し時期または生産計画の立案時期に到達したか否かを判定する(ステップS070)。
【0098】
そして、いずれかの時期に到達したと判定した場合(ステップS070でYes)、生産計画更新時期判定部212は、処理をステップS010に戻す。この場合、生産計画更新時期判定部212は、通信部250を介して、生産計画の立案に関する指示要求を第一の生産計画装置100に送信する。一方で、いずれの時期にも到達していないと判定した場合(ステップS070でNo)、生産計画更新時期判定部212は、処理をステップS080に移行する。
【0099】
ステップS080では、生産ライン分析部213は、生産実績に基づき生産変動事象が発生しているか否かを分析する。具体的には、生産ライン分析部213は、製品の製造に伴って逐次更新される生産実績情報121と生産計画223とを比較し、生産計画223に対して製品の製造に遅れが生じているか否か等を分析する。また、生産ライン分析部213は、通信部250を介して、各設備から故障を示すエラー情報が出力されているか否かを分析する。
【0100】
次に、生産ライン分析部213は、生産計画を再立案するか否かを判定する(ステップS090)。具体的には、生産ライン分析部213は、生産計画223に対して生産実績に所定の閾値以上の遅れが生じている場合や設備からエラー情報が出力されている場合に生産計画を再立案すると判定する。
【0101】
そして、生産計画を再立案しないと判定した場合(ステップS090でNo)、生産ライン分析部213は、処理をステップS060に戻す。一方で、生産計画を再立案すると判定した場合(ステップS090でYes)、生産ライン分析部213は、処理をステップS100に移行する。
【0102】
ステップS100では、生産計画再立案部214は、第一の生産計画装置100から取得した複数の工程計画221と、各々の工程計画221に対応する作業計画222と、を用いて生産計画の再計画(再立案)を行う。
【0103】
具体的には、生産計画再立案部214は、複数の工程計画221および対応する作業計画222と、生産物量情報124等と、を用いて、生産スループットの最大化や、納期遅延の最小化といった生産性に関する所定のKPI(Key Performance Indicator)が最大化されるように、MIP(Mixed Integer Programming) SolverあるいはGA(Genetic Algorithm)等のメタヒューリスティック法により、最適化された生産計画の再立案、および、各工程へのセルの割り付けを行う。
【0104】
また、生産計画再立案部214は、ステップS100の処理を行うと、処理をステップS060に戻す。この場合、製造指示部211は、再立案された生産計画および対応する作業計画に紐づくロボットプログラムに基づき、各設備に対して製造指示を行う。
【0105】
以上、本実施形態に係る生産計画処理について説明した。
【0106】
このような生産計画システムによれば、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。特に、生産計画システムでは、第一の生産計画装置において、予め代替工程計画を含む複数の工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を生成しておき、工場において生産変動事象が発生した場合には、これら複数の工程計画と作業計画とを用いて、生産スループットなどの生産性に関する所定のKPIが最適化される生産計画が再立案され、対応する作業計画に基づいて各設備に対する製造指示が行われる。そのため、生産計画システムによれば、人手を要することなく生産計画を更新することが可能となり、生産変動に対してフレキシブルな生産を実現することができる。
【0107】
また、第一の生産計画装置によれば、工程評価指数を用いて、構成部品の寸法ばらつきや作業時間ばらつきを定量評価し、問題(例えば、作業遅れや作業のやり直し)が生じ易い工程やその影響を受け易い工程についてより多くの代替工程(設備の割り付け)を作成することができる。
【0108】
また、第一の生産計画装置によれば、設備稼働率を定量評価し、稼働率の高い設備を使っている工程についてより多くの代替工程(設備の割り付け)を作成することができる。これにより、相対的に低稼働率の設備を使う工程を代替工程として作成することができるため、稼働率の高い設備に不具合が生じた場合でも、作業遅延の発生を抑制することができる。
【0109】
また、生産計画システムによれば、代替工程計画を含む複数の工程計画、作業計画(ロボットプログラムを含む)および生産計画をクラウド環境に置かれた第一の生産計画装置で生成し、生産変動が生じた場合には、工場などのエッジ環境に置かれた第二の生産計画装置が代替工程計画や対応する作業計画を用いて生産計画を再立案する。そのため、クラウド環境に問題が生じ、第一の生産計画装置が使用できない状況下においてもエッジ環境にある第二の生産計画装置によって生産変動に対応でき、製品の製造を継続することが可能となる。
【0110】
なお、第二の生産計画装置200は複数あっても良く、第一の生産計画装置100は、複数の第二の生産計画装置200に対して送信する複数の工程計画221と、対応する作業計画222と、生産計画223と、を同時に生成しても良い。
【0111】
また、本発明の第一の変形例に係る生産計画システムは、第二の生産計画装置200が、第一の生産計画装置100が備える処理部および記憶部内の各情報を有していても良い。この場合、第一の生産計画装置100に代わり、エッジ環境における第二の生産計画装置200が複数の工程計画221、作業計画222および生産計画223を生成し、かかる生産計画223および作業計画222を用いて製造指示を各設備に行うことで、製品の生産が行われれば良い。
【0112】
また、本発明の第二の変形例に係る生産計画システムは、第一の生産計画装置100が、第二の生産計画装置200が備える処理部および記憶部内の各情報を有していても良い。この場合、第二の生産計画装置200に代わり、クラウド環境における第一の生産計画装置100が通信部150を介して接続される各設備に対して、生産計画223および作業計画222に基づく製品の製造指示を行う。また、生産変動事象の発生に応じて、第一の生産計画装置100が複数の工程計画221および作業計画222を用いて生産計画を再立案する。
【0113】
また、本発明の第三の変形例に係る生産計画システムは、第二の変形例に係る第一の生産計画装置100と、第一の変形例に係る第二の生産計画装置200と、が併存していても良い。すなわち、複数の工程計画221と、作業計画222と、を用いて生産計画223を生成し、生産変動事象が発生した際に代替の工程計画221と対応する作業計画222とを用いて生産計画223を再立案することが可能な同一構成の生産計画装置がクラウド環境とエッジ環境とに併存する構成であっても良い。
【0114】
このような第二の生産計画装置または第一の生産計画装置の構成によっても、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。
【0115】
次に、第一の生産計画装置100のハードウェア構成の一例について説明する。なお、第二の生産計画装置200のハードウェア構成は、第一の生産計画装置100と同様のため、詳細な説明は省略する。
【0116】
図14は、第一の生産計画装置100のハードウェア構成の一例を示した図である。図示するように、第一の生産計画装置100は、入力装置410と、表示装置420と、処理装置430と、主記憶装置440と、補助記憶装置450と、通信装置460と、これらを電気的に相互接続するバス470と、を有している。
【0117】
入力装置410は、例えばタッチパネルやキーボードあるいはマウスなどの入力デバイスである。表示装置420は、液晶ディスプレイや有機ディスプレイなどの表示デバイスである。
【0118】
処理装置430は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。主記憶装置440は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリ装置である。
【0119】
補助記憶装置450は、デジタル情報を記憶可能ないわゆるハードディスク(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)あるいはフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置である。
【0120】
通信装置460は、ネットワークNケーブルを介して有線通信を行う有線の通信装置、またはアンテナを介して無線通信を行う無線通信装置である。
【0121】
以上、第一の生産計画装置100のハードウェア構成の一例について説明した。
【0122】
このような第一の生産計画装置100の処理部110は、処理装置430に処理を行わせるプログラムによって実現される。このプログラムは、主記憶装置440あるいは補助記憶装置450に記憶され、プログラムの実行にあたって主記憶装置440上にロードされ、処理装置430により実行される。
【0123】
また、入力部130は、入力装置410により実現される。また、出力部140は、表示装置420により実現される。また、記憶部120は、主記憶装置440または補助記憶装置450あるいはこれらの組合せにより実現される。また、通信部150は、通信装置460により実現される。
【0124】
なお、第二の生産計画装置200の処理部210、入力部230、出力部240、記憶部220および通信部250の各々を実現するハードウェアは、第一の生産計画装置100の場合と同様である。
【0125】
また、第一の生産計画装置100および第二の生産計画装置200の上記の各構成、機能、処理部および処理手段等は、それらの一部または全部を、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良い。また、上記構成、機能は、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良い。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、SSD等の記憶装置またはICカード、SDカードおよびDVD等の記録媒体に置くことができる。
【0126】
また、本発明は上記した実施形態および変形例に限定されるものではなく、同一の技術的思想の範囲内において様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【0127】
また、上記説明では、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。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【0128】
1000・・・生産計画システム、100・・・第一の生産計画装置、110・・・処理部、111・・・工程評価部、112・・・工程評価グラフ生成部、113・・・工程計画生成部、114・・・作業計画生成部、115・・・生産計画生成部、120・・・記憶部、121・・・生産実績情報、122・・・製品CAD情報、123・・・部品形状情報、124・・・生産物量情報、125・・・工場レイアウト情報、130・・・入力部、140・・・出力部、150・・・通信部、200・・・第二の生産計画装置、210・・・処理部、211・・・製造指示部、212・・・生産計画更新時期判定部、213・・・生産ライン分析部、214・・・生産計画再立案部、220・・・記憶部、221・・・工程計画、222・・・作業計画、223・・・生産計画、224・・・生産実績情報、230・・・入力部、240・・・出力部、250・・・通信部、300・・・外部装置、410・・・入力装置、420・・・表示装置、430・・・処理装置、440・・・主記憶装置、450・・・補助記憶装置、460・・・通信装置、470・・・バス、N・・・ネットワーク
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