JP2004272416A

JP2004272416A - ジョブ・ショップ型製造ラインにおける生産指示方法

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Publication number: JP2004272416A
Application number: JP2003059598A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nakada; 智仁中田; Masahiko Shibuya; 昌彦澁谷
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】ジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、製造ラインを構成する各製造設備に対し、適切な連続生産数量上限値を短時間で指示することができる生産指示方法を提供する。
【解決手段】被製造物の加工手順情報と、当該加工手順上の各加工工程毎で使用する使用設備情報および加工時間情報と、生産指示を出す指示対象設備において各加工条件に切り替るために要する切替時間情報とを入力するデータ入力ステップ１１と、前記加工手順に沿った前記指示対象設備以降の下流工程側に、当該指示対象設備の生産による影響範囲をポイント工程として設定するポイント工程選定ステップ１２と、前記指示対象設備を含めそれ以降の前記下流のポイント工程までの工程区間の生産性指標を計算する生産指標計算ステップ１３と、前記生産性指標に基づいて前記指示対象設備における連続生産数量上限値を指示する連続生産数量決定・生産指示ステップからなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の加工工程からなるジョブ・ショップ型製造ラインの各製造設備に対して、加工条件の切り替えなく同一種類工程を連続して生産を行う場合の連続生産数量上限値を指示する生産指示方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ジョブ・ショップ型の生産ラインの製造装置の中には、加工条件を切り替える段取り替え作業の際に、稼働を停止させる時間が必要となるものがあり、段取り替え作業に伴う生産性低下を抑えることが求められる。従来は、作業者の経験に基づき、同一加工条件で処理できるワークを連続して選択・処理することによって、加工条件の切り替え回数を減らすような運用を行っていた。
【０００３】
また、製造計画に基づき作業設備に複数の素材を投入し、各素材の作業条件で作業を行う半導体装置の製造システムにおいて、完成品の納期以前に完成品を製造するための第１の条件と、作業設備に仕掛かる素材の数を基準値以内にするための第２の条件と、作業設備における作業条件の変更回数を最小にする第３の条件とに基づいて作業設備における素材の優先度を決定する製造計画作成手段を有するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
更に、ジョブ・ショップ工場における各工程について、各ロット単位で物流・仕掛りのシミュレーションを行いながら、ロット単位の工程処理順序の最適化策定方法であって、離散事象シミュレーションを用いた所定の優先規則に基づいて選択するディスパッチング法によってロット単位の工程処理順序の初期解を作成し、更にこの初期解を反復改善法によって最適に近い解に改善することを特徴とするジョブ・ショップ工場における工程処理順序の策定方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５３８１５号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開平８−６６３２号公報（請求項１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ、液晶ディスプレイパネル、プラズマＣＲＴ等の製造ラインでは、ロット数が数千、工程数が数百工程におよぶこともあり、考えられるすべてのケースについてシミュレーションを行い、スケジューリングの解を求めることは現実的とは言いがたい。例えば、前記特許文献１で開示されている技術では、適切な解を得るために試行錯誤的にパラメータ調整を行う必要があり、計算時間を要する。また、同一工程を連続して処理することによって、当該下流工程に過剰のワークが短期間に集中的に送り込まれ、結果として下流工程でのワークの停滞が生じるといった物流上のロスが発生することも考慮できていない。
【０００７】
さらに、前記特許文献２に開示されている技術では、複数のロットをグループ化させたグループ数の増加に伴ない、シミュレーションの回数が著しく増加する。具体的には、グループの数がＮ個の場合、シミュレーションを全てのグループの組合せ、すなわちＮの階乗（Ｎ！）回繰り返す必要がある。計算時間を短縮させるためには、一つのグループに含まれるロットの数を増やしてグループの数を少なくすれば良いが、そうすると、多くのロットがディスパッチングルールによって処理順序を決められることになるので、考えられる数多くのケースの中から最良のものを選択する、というシミュレーションによる方法の利点が失われることになる。つまり、問題の規模が大きくなると、短い計算時間で良好なスケジューリング解を得ることが困難になるという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、製造ラインを構成する各製造設備に対し、適切な連続生産数量上限値を短時間で指示することができる生産指示方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の生産指示方法は、複数の加工工程からなるジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、当該製造ラインを構成する各製造設備に対して、加工条件の切り替えなく同一種類工程を連続して生産を行う場合の連続生産数量上限値を指示する生産指示方法であって、
被製造物の加工手順情報と、当該加工手順上の各加工工程毎で使用する使用設備情報および加工時間情報と、生産指示を出す指示対象設備において各加工条件に切り替わるために要する切替時間情報とを入力するデータ入力ステップと、
前記加工手順に沿った前記指示対象設備以降の下流工程側に、当該指示対象設備の生産による影響範囲をポイント工程として設定するポイント工程選定ステップと、
前記指示対象設備を含めそれ以降の前記下流のポイント工程までの工程区間の生産性指標を計算する生産指標計算ステップとから構成される。
また、前記生産性指標に基づいて前記指示対象設備における連続生産数量上限値を指示するステップを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態に至るまでの分析及び考察）
半導体ウエハ、液晶ディスプレイパネル、プラズマＣＲＴ等を製造するラインにおいては、加工工程数が数百工程にも及ぶ場合があり、また各工程の製造設備は非常に高価であるために加工手順通りに製造設備を一列に並べるようなことはしないで、ジョブ・ショップ方式にすることによって同じ製造設備を異なる工程で繰り返し使用し、加工進行させていく方式が採用されていることが多い。
【００１１】
図２はジョブ・ショップ型製造ラインにおける同一製造設備を繰り返し使用する例を示しており、例えば、設備Ａの成膜設備は繰り返し使用されている。従って、このようなジョブ・ショップ型製造ラインの各製造設備では、異なる加工条件の複数のワークが仕掛る。ここで、図３は同一製造装置に異なる加工条件の複数のワークが仕掛ることを説明するための図であり、例えば、この図３の工程３１、工程３２、工程３３の成膜工程において、異なる加工条件のワークが同一の製造設備に仕掛る場合がある。
【００１２】
ところで、このような製造設備の中には、ある加工条件から異なる加工条件へ切り替える場合に、治工具の段取りやパラメータ変更のために設備を一時的に稼動停止させる時間（以下、切替時間と呼ぶ）が必要となる場合がある。
【００１３】
このような設備では、生産量を低下させないために、同一加工条件の同一種類工程をできるだけ連続して生産を行うことで、切替回数を減らし切替による稼動停止ロスを抑制するようにしている。
【００１４】
一般的に、ライン全体の中で最も生産能力の少ない、いわゆるボトルネックと呼ばれる設備では、生産量を低下させないための連続生産が行われる傾向が強い。
【００１５】
また、製造ラインの中には、ボトルネックではないものの、切替作業によるロスが比較的多く発生するために、日常的に連続生産を行っている設備もある。このような場合では、図４に示すように、設備４１において同一種類工程のワーク４４（この例では次工程が設備４２のワーク）を連続して生産してしまっているために、設備４２と、設備４３とでは流れ込んでくるワークの数に極端な差が生じてしまい、設備４２の前では、一度に処理できなくなったワークが停滞する一方で、設備４３では加工に必要なワークが不足する、いわゆる生産設備の遊びが発生する危険性がある。すなわち連続生産の影響は、自設備のみならず、下流工程への生産性阻害に影響を及ぼしてしまう場合が起こり得る。そのため、このような場合における生産指示とは、自設備の生産量を低下させないためにはできるだけ同一種類工程の連続生産を行い、下流工程への生産性阻害の影響を抑制するためにはできるだけ連続した生産を行わないといったトレードオフの関係を解決しなければならない。つまり、各設備での連続生産数の上限値を決定する上では、自設備だけでなくライン全体の生産性を考慮する必要がある。
【００１６】
この発明の実施の形態による生産指示方法は、上記の考察に基づいて発明されたものであり、加工条件の切り替えなく同一種類工程を連続して生産を行う場合の連続生産数量上限値を与える生産指示に際して、自設備の生産性のみならず自設備の生産の影響を受ける下流工程の生産性までも考慮した良好な生産指示を、短い計算時間内で提供することができる。
【００１７】
（実施の形態の構成の詳細な説明）
図１はこの発明の実施の形態による生産指示方法のプロセスを示すフローチャートである。図１において、まず、半導体ウエハ等の被製造物の加工手順情報と、当該加工手順上の各加工工程毎に使用する使用設備情報および加工時間情報と、生産指示を出す対象となる設備すなわち指示対象設備において各加工条件に切り替えるために要する切替時間情報を入力するデータ入力ステップ１１を有している。次に、生産指示を与えようとする設備毎に、その設備の生産の影響が及ぶ範囲をポイント工程として設定するポイント工程選定ステップ１２を有している。さらに、ポイント工程選定ステップ１２で設定した設定範囲についての生産性指標を計算する生産性指標計算ステップ１３を有している。最後に、生産性指標計算ステップ１３の結果に基づいて連続生産数量上限値を決定し生産指示を行う連続生産数量決定・生産指示ステップ１４を有している。
【００１８】
図５はこの発明の実施の形態による生産指示方法を実行する生産指示装置の構成例を示す。図５において、入力装置５１は、オペレータによって被製造物の加工手順情報、各加工工程毎で使用する使用設備情報および加工時間情報、加工条件の切替時間情報を入力、削除、改変するために用いられるもので、図１におけるデータ入力ステップ１１に使用される。これらの入力されたデータは、入力装置５１に接続されているローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のケーブル５４を介して基準情報記録装置５２に記録される。さらに、入力装置５１、基準情報記録装置５２にケーブル５４で接続された演算装置５３には、指示対象設備の生産による影響範囲をあらかじめポイント工程として設定するための情報操作手順と、生産性指標の値を算出する計算式が事前にプログラムされており、それぞれ図１におけるポイント工程選定ステップ１２と生産性指標計算ステップ１３を実行する。また、前記生産性指標から指示対象設備における連続生産数量上限値を算出するプログラムも演算装置５３にプログラムされており、その結果を生産指示として出力装置５５を介してオペレータに表示する。これは、図１における連続生産数量決定・生産指示ステップ１４に相当する。
【００１９】
なお、図５の装置構成例では、入力装置５１、出力装置５５、基準情報記録装置５２、演算装置５３がそれぞれケーブル５４で接続されているが、これらは１台のパーソナルコンピュータで実現することもできる。また、ケーブル５４は、ＬＡＮと限定しているわけではなく、インターネット等でも構わない。
【００２０】
（実施の形態の作用及び効果の詳細な説明）
次に、この発明の実施の形態による生産指示方法のプロセスについて詳細に説明する。
【００２１】
まず、ポイント工程を設定するポイント工程選定ステップについて説明する。指示対象装置で、連続して同一工程を処理した場合、下流工程へのワークの送り込みは、一時的に短期間に集中する。この時、下流工程を処理する設備では、単位時間あたりの加工可能ワーク数が単位時間あたりの到着ワーク数より大きければ、到着したワークは停滞することなく、さらに下流へとワークを送り込むことができる。一方で、単位時間あたりの加工可能ワーク数が単位時間あたりの到着ワーク数より小さければ、この設備でのワークの停滞が発生する。そして、この停滞が発生した設備より更に下流側へのワークの送り込みは、この設備での単位時間あたりの加工可能ワーク数を上限として送り込まれることになる。つまり、停滞が発生する設備より下流では、停滞が発生した当該設備での生産の仕方に左右されるのであって、指示対象設備での生産の影響は少なくなる。したがって、指示対象装置での連続処理数量の上限値を決定するにあたっては、指示対象装置での連続処理に起因するワークの停滞が生じやすい箇所（設備）をポイント工程として設定し、このポイント工程までの工程区間のみに計算範囲を限定して、生産性を評価することが可能となる。
【００２２】
図６を用いて、ポイント工程を設定するプロセスのフローチャートを説明する。まず、ステップ６１において使用設備情報を基に指示対象設備で加工される工程のリスト（以下、指示工程リストと呼ぶ）を作成する。ステップ６２では、ステップ６１で作成した指示工程リストを順次読み込み、指示対象となる工程（以下、指示工程と呼ぶ）を選択する。ステップ６３で、指示工程リストの最後まで全てを読み込み終わったかどうかを判定し、最後であれば終了する。指示工程リストにまだ読み込む工程が残っていればその工程に対応するポイント工程の設定処理を以下のステップで行う。
【００２３】
すなわち、ステップ６４にてポイント工程の初期候補（候補工程）として、指示工程の加工手順上の次工程を選択する。ステップ６５では、候補工程が加工手順の最終工程であるかどうかを判定し、最終工程であれば、指示工程に対するポイント工程は存在しないものとする。ステップ６６では、指示工程と候補工程の各々の単位時間あたりの加工可能ワーク数を計算し、ステップ６７で、指示工程の単位時間当りの加工可能ワーク数と候補工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の比較を行う。この計算方法を具体的な数値例を用いて説明を加える。
【００２４】
今、指示工程の１ワークあたりの加工時間が０．５時間とし、候補工程の１ワークあたりの加工時間を２．０時間とする。この時、指示工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数は、１÷０．５＝２．０と計算される。ここで、候補工程が加工に使用する使用設備が３台であれば、候補工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数は、１÷２．０×３＝１．５と計算される。このように、ステップ６７において、加工時間の大小だけで比較するのではなく、加工可能ワーク数は、使用設備台数も考慮して比較する。この比較結果に基づき、候補工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値が指示工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値よりも小さければ、ステップ６８として、候補工程を指示工程に対応するポイント工程として選定し、ポイント工程リストに追加する。ポイント工程リストの例を図７に示す。一方で、候補工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値が指示工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値よりも小さくなければ、ステップ６９として、候補工程の次工程を新たな候補として選択し直して、ステップ６５に戻る。このように、指示対象設備において加工される全ての工程に対して上記のステップを繰り返すことで、ポイント工程の選定が完了する。
【００２５】
以上のように本実施の形態のポイント工程選定ステップでは、過剰な連続処理によってワークの停滞が生じるポイント工程を単位時間あたりの加工可能ワーク数の大小に基づいて選定しているため、選定に要する比較回数は、指示対象設備での指示工程の数をＩ、指示対象装置での指示工程からポイント工程までの平均工程数をＪとすると、Ｉ×Ｊ回程度の繰り返しで完了するため、工程数の増加など、問題規模の増大に対する計算時間の増加を抑えることが可能である。これは、指示対象装置で処理する加工工程の下流側の工程の全てをポイント工程の候補として調査する方法に比べて、計算時間が少なくてすむ。
【００２６】
次に、図１の生産性指標計算ステップについて説明する。生産性指標は、指示対象設備を通過したワークの単位時間あたりの進捗工程数期待値の合計値として計算する。ここで、指示対象設備での指示工程（指示工程を含まず）から当該下流ポイント工程まで（ポイント工程を含む）に含まれる工程数をｐとし、指示工程の加工時間をｔ０、以下ポイント工程までの工程区間内の各工程の加工時間をｔ１〜ｔｐとする。さらに、ポイント工程における使用設備台数をｓ、指示対象設備において各加工条件に切り替わるために要する切替時間をｄとする。
【００２７】
今、指示対象設備では、同一種類工程をｘ個連続して処理を行う場合について考えると、切り替えた直後の１個目のワークは、ポイント工程での停滞時間は発生しない。しかし、２個目のワークは、ポイント工程へ到着した時点では、直前の（１個目のワークの）処理が終了していないので、期待値として（数式１）だけ停滞する。
【００２８】
【数１】

【００２９】
同様に、ｎ個目のワークのポイント工程での停滞時間は、（数式２）である。
【００３０】
【数２】

【００３１】
すなわち指示対象装置を通過した後、ポイント工程を通過するのに要する時間は、（数式３）である。
【００３２】
【数３】

【００３３】
そして、ポイント工程までの工程区間内でのワークの単位時間あたりの進捗工程数は、（数式３）の逆数である（数式４）である。
【００３４】
【数４】

【００３５】
従って、指示対象設備における同一種類の連続工程数をｘとした場合の、１ワークあたりの進捗工程数は、（数式５）となる。
【００３６】
【数５】

【００３７】
加工条件の切替が、ｘ個毎に１回、ｄ時間発生するので、指示対象設備における平均的な生産ワーク数は単位時間あたり、（数式６）となる。
【００３８】
【数６】

【００３９】
よって、指示対象設備を通過したワークの単位時間あたりの進捗工程数期待値の合計値は（数式７）と表わされる。
【００４０】
【数７】

【００４１】
これを生産性指標（ｙ）とする。以下、数値例を用いて説明を加える。今、ｐ＝４、ｔ０＝０．５、ｔ１＝０．２、ｔ２＝０．２、ｔ３＝０．２、ｔ４＝２．０、ｓ＝１、ｄ＝０．５、とした時の連続生産数量（ｘ）と生産性指標（ｙ）の関係を図８に図示する。これによると、連続生産数量（ｘ）＝４で、生産性指標（ｙ）が最大になることがわかる。つまりこの結果、連続生産数量上限値を、「４」として指示することになる。
【００４２】
生産指示の具体的な内容としては、連続生産数量上限値として「４」という数値を示すことも可能であるし、また、図８のように生産性指標をグラフ化したものを表示し、オペレータがそのグラフに基づいて連続生産数量を決定することも可能である。そして、そのいずれの場合においても、生産性指標を最大化する連続生産数量を指示することができるため、過剰な連続生産による生産性低下を回避することができ、自設備の生産性のみならず自設備の生産の影響を受ける下流工程の生産性までも考慮した良好な生産指示を計算することが可能となる。
【００４３】
以上のように本実施の形態の生産性指標計算ステップでは、生産性指標として、指示対象設備を通過したワークの単位時間あたりの進捗工程数期待値の合計値として計算するので、シミュレーションを行わずに四則演算だけで求めることが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、製造ラインを構成する各製造設備に対し、適切な連続生産数量上限値を短時間で指示することができる。特に半導体ウエハ、液晶ディスプレイパネル、プラズマＣＲＴなど多品種被製造物のジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、被製造物の工期が短縮・安定化するとともに１日当たりの出来高が安定した生産システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による生産指示方法のプロセスを示すフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態を説明するための図であって製造フローの形態を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態を説明するための図であって同一製造装置に異なる加工条件の複数のワークが仕掛かることを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態を説明するための図であって連続生産により製造装置の前にワークが停滞していることを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態による生産指示方法を実行する生産指示装置例を示すブロック構成図である。
【図６】この発明の実施の形態によるポイント工程を設定するプロセスを示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態によるポイント工程リストの例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態における連続性数と生産性指標の関係を示す図である。
【符号の説明】
１１データ入力ステップ、１２ポイント工程選定ステップ、１３生産性指標計算ステップ、１４連続性生産数量決定・生産指示ステップ、５１入力装置、５２基準情報記録装置、５３演算装置、５４ケーブル、５５出力装置。

Claims

複数の加工工程からなるジョブ・ショップ型製造ラインにおいて、当該製造ラインを構成する各製造設備に対して、加工条件の切り替えなく同一種類工程を連続して生産を行う場合の連続生産数量上限値を指示する生産指示方法であって、
被製造物の加工手順情報と、当該加工手順上の各加工工程毎で使用する使用設備情報および加工時間情報と、生産指示を出す指示対象設備において各加工条件に切り替わるために要する切替時間情報とを入力するデータ入力ステップと、
前記加工手順に沿った前記指示対象設備以降の下流工程側に、当該指示対象設備の生産による影響範囲をポイント工程として設定するポイント工程選定ステップと、
前記指示対象設備を含めそれ以降の前記下流のポイント工程までの工程区間の生産性指標を計算する生産指標計算ステップとから構成されることを特徴とする生産指示方法。
前記生産性指標に基づいて前記指示対象設備における連続生産数量上限値を指示するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の生産指示方法。
前記ポイント工程選定ステップにおいて、前記指示対象設備以降の下流側工程の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値が、当該指示対象設備の単位時間あたりの加工可能ワーク数の値よりも小さく、かつ加工手順が最も上流に位置する工程をポイント工程として選定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生産指示方法。
前記生産性指標計算ステップで計算される生産性指標は、前記指示対象設備を通過したワークの単位時間あたりの進捗工程数期待値の合計値であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生産指示方法。
前記進捗工程数期待値の合計値は、前記指示対象設備以降の下流側ポイント工程までに含まれる工程数と、これら各工程において使用する使用設備情報および加工時間情報と、当該指示対象設備において各加工条件に切り替わるために要する切替時間情報とから計算されることを特徴とする請求項４に記載の生産指示方法。