JP2005182282A

JP2005182282A - 日程計画作成方法及び装置

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Publication number: JP2005182282A
Application number: JP2003419508A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kanjiyou; 義弘勘定; Hajime Ase; 始阿瀬
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】日程計画担当者の限界を超えた、複雑な工程計算の場合においても、実作業形態に合った最適な作業日程計画を自動立案し、各オーダーの開始可能日と納期は遵守しつつ、各日の負荷をできる限り平準化する。
【解決手段】多オーダーＯ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｏ）と多工程Ｐ_ｊ（ｊ＝１，…，Ｎ_ｐ）があり、各オーダーＯ_ｉの各工程Ｐ_ｊにおける総処理時間Ｔ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）と、各オーダーＯ_ｉの開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）が与えられている日程計画の作成に際し、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける計画の単位となる基準時間単位毎の処理時間ｘ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ，ｎ）（ｎは基準時間単位を表す変数）を可変にすることにより、各工程Ｐ_jの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化する。
【選択図】図９

Description

本発明は、日程計画作成方法及び装置に係り、特に、造船・橋梁・鉄骨組立等に代表される多品種少量生産形態における工程の作業日程の自動計画に用いるのに好適な、日程計画担当者の限界を超えた、複雑な工程計算の場合においても、実作業形態に合った最適な作業日程計画を自動立案して、各オーダーの開始可能日と納期を遵守しつつ、各日の負荷をできるだけ平準化することが可能な日程計画作成方法及び装置に関する。

自動車等に代表されるライン化された加工・組立工程における作業は、作業者である人、あるいは、それに代わる機械の工程処理能力が一定であるという考え方に基づき設計されている。即ち、部品１個の組立には所定時間要すると決定することができる工程ということができる。勿論、高能力な機械で加工・組立する場合と、低能力な機械で加工・組立する場合とでは、処理時間が異なるというようなことはあるが、基本的には、部品あるいは製品毎に加工・組立する処理時間を一定と考え、工程の作業日程を計画できる技術分野である。

一方、造船・橋梁・鉄骨組立等に代表される大型構造物の加工・組立工程は、１つの部品の加工・組立に、複数の作業者あるいは機械が従事し、作業分担しながら作業を進める形態の工程である。このような工程の特徴は、工程に配員する作業者の人数、設備機械の台数により、工程の処理能力が増減し、その結果として加工・組立の工程処理時間を変えることが可能であるという点にある。

従来より研究・実用化されてきた日程計画方法は、前者を対象としたものが多く、後者のような加工・組立業種においても、工程の処理能力は一定であるという前提の下に工程の作業計画を立案しているのが一般的であった。

例えば特許文献１には、注文を納期順に配置し、リードタイムを基に必要な部品の最終納期を算出し、コスト及びリードタイムを考慮して部品生産の依頼先を選定し、最終納期に間に合う最適な小日程生産計画立案システムが記載されている。

又、特許文献２には、全個所で負荷の山積み、山崩しを行なうのを止め、最初に職場単位で負荷が過剰な職場を計算し、過剰な職場だけを負荷山崩しを行ない、その職場の山崩しが完了した職場のみ、作業工程で負荷が過剰な工程のみ山崩しを行なう負荷平準化システムが記載されている。

又、特許文献３には、複数のオーダーについて、それぞれ所定の演算で算出された納期余裕度を指標として、納期に余裕の無いものと、納期に余裕の有るものとに選別し、納期に余裕の無いものについては、時間軸に対してジョブの厳密な割付けを行なう一方、納期に余裕の有るものについては、所定条件の下に定められた裁量期間に比較的ラフにジョブの割付けを行ない、これについては、現場作業者の裁量でその作業順を決定できるようにすることが記載されている。

又、特許文献４には、建設工事等において各作業で必要な作業従事者の日々変動を予めパターン化して、従事者割当パターンデータとしてパターン記憶部に記憶させ、各作業の作業日程を作成する際に使用する情報を記憶した工程ネットワーク構造データ部には、各作業に対応する従事者割当パターンデータを指定するデータを各作業に対応させて記憶させ、演算部で、工程ネットワーク構造データ部に記憶された構造データを参照して作業日程を作成すると共に、この作業日程において並列して行なわれる作業の従事者割当パターンを積算し、作業従事者数の山積みを作成すると共に、山積みに偏りがある場合には、平準化処理によって作業日程を調整することが記載されている。

又、特許文献５には、設備能力により平準化した生産計画を考慮して、各製品の工数の総和を、日毎に求めていき、平準化期間を、予め定めた規則に従って複数のスパンに分割し、各スパンでの工数の平均値（スパン平均値）と、予め定めた工数の上限値、下限値とを比較し、スパン平均値が、上限値より大きいか、又は、小さいときは、当該スパンの工数を前倒しして、スパン内での工数の平準化を行ない、それ以外のときは、製品の設備能力と前倒し優先順位を考慮して、日毎の工数が、下限値以上、上限値以下となるよう工数の移動を行なうことが記載されている。

特開２００２−１４７１６号公報特開２０００−９９５８４号公報特開平１０−８６０４４号公報特開平９−１５８４７９号公報特開平８−７７２５９号公報

しかしながら、特許文献１では、必要な部品の組立リードタイムが既知の固定値とされ、特許文献２では、職場での処理能力が予め前提条件として設定され、特許文献３でも、作業毎に算出されるリードタイムが所定値とされ、特許文献４でも、各作業に必要な作業者の資源の使用量の変化は与えられるものであって、日程調整には用いておらず、特許文献５では、単純に日毎の総工数が平準化されるように工数を移動させているのみであり、いずれも、工程の処理能力は一定であるという前提の下に立案されているため、工程の作業計画は、実作業形態を反映したものではなく、自ずと、計画と実績との間にずれが発生し、目安としての日程計画の域を脱することができなかった。

本発明は、このような作業日程計画の課題を解決し、日程計画担当者の限界を超えた、複雑な工程計算の場合においても、実作業形態に合った最適な作業日程計画を自動立案することを課題とする。

本発明は、多オーダーＯ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｏ）と多工程Ｐ_ｊ（ｊ＝１，…，Ｎ_ｐ）があり、各オーダーＯ_ｉの各工程Ｐ_ｊにおける総処理時間Ｔ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）と、各オーダーＯ_ｉの開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）が与えられている日程計画の作成方法において、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける計画の単位となる基準時間単位毎の処理時間ｘ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ，ｎ）（ｎは基準時間単位を表す変数）を可変にすることにより、各工程Ｐ_jの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するようにして、前記課題を解決したものである。

又、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を可変にすることにより、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける処理期間（Ａ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に開始しＢ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に終了）を、開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）の間の範囲で移動と伸縮を反復して繰り返し、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するようにしたものである。

又、可変にした各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するように、数理計画法等の最適化計算ツールによって決定するようにしたものである。

又、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を可変とすることにより、局所探索法等の探索ツールを用いて各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける処理期間（Ａ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に開始しＢ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に終了）を、開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）の間の範囲で少し移動と伸縮させることによって現在の処理期間から異なる処理期間にするステップと、その処理期間のもとで、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するように、数理計画法等の最適化計算ツールによって各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を決定するステップとを繰り返すことによって、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するようにしたものである。

又、前記基準時間単位を１日としたものである。

本発明は、又、多オーダーＯ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｏ）と多工程Ｐ_ｊ（ｊ＝１，…，Ｎ_ｐ）があり、各オーダーＯ_ｉの各工程Ｐ_ｊにおける総処理時間Ｔ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）と、各オーダーＯ_ｉの開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）が与えられている日程計画の作成装置において、計画対象となる複数のタスクを適当な作業開始日時に割り付けするタスク割付手段と、割付けられた山積み結果を基に、基準時間単位で負荷の最大値と、最小値を求め、この差が最小になるように各タスクの基準時間単位毎の作業負荷を調整する負荷調整手段と、負荷調整された結果から、日程計画の最適化度合いを評価し、前回の最適化評価結果と比較し、最適化度の高い計画を保存する最適度評価手段と、保存された最適化度の高い計画に対して、いずれかのタスクの作業開始日時かリードタイムのいずれかを変化させるタスク割付変更手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。

又、前記タスク割付変更手段でタスク割付が変更された計画を、負荷調整手段に戻し、以降、評価結果が所定の満足度を達成するまで、負荷調整手段、最適度評価手段、タスク割付変更手段による処理を繰り返し、所定回数繰り返しても、満足する結果が得られない場合には、最適化処理を打ち切るようにしたものである。

又、前記タスク割付手段と最適度評価手段を共通化したものである。

一般的な日程計画ソフトウェアにおいては、２つの初期日程の山積み方法が利用されている。１つは、部品納期や前工程から定まる作業開始可能日時を起点に、対象となるタスクのリードタイム分の作業を該当工程に割り当てていくフォワードスケジューリングであり、もう一方は、タスクの完成納期を起点に作業割当を逆上って行なっていくパックワードスケジューリングである。

上記のいずれか、あるいは、これらを組み合わせた形で山積みされた初期日程計画において、山積み負荷が、工程処理能力を上回る場合には、自動又は手動により、山崩し処理が実施されることになる。

図１に例示するような中日程計画において、大組立における負荷が平準化された取付と溶接計画を作成する際の、負荷平準化の３つの手法を図２に比較して示す。図２（ａ）に示すケース１は、タスク移動のみにより負荷平準化を実施する、最も一般的なジョブショップスケジューリングの方式で、各タスクの工程リードタイムは一定であり、作業期間中に各タスクに割付けられる負荷は均等としている。

次に、図２（ｂ）に示すケース２では、タスク移動の他にタスクのリードタイムを変化させることができるように工夫したものである。標準のリードタイムに対して、リードタイムを短縮すれば、単位作業期間の作業負荷が増加し、逆に、リードタイムを伸ばせば、単位作業期間の作業負荷は減少する。このように、タスク毎の平均的な負荷の増減を実施することで、負荷の平準化度合いは高められる。

最後に、図２（ｃ）に示すケース３は、タスクの移動、リードタイムの伸縮の他、タスク内の単位期間毎の負荷量を変化させるようにしたものである。この場合、操作するパラメータが増加した分、負荷の平準化度合いは、３つのケースの中では最も高められることが期待できる。

本発明は、ケース３で示したタスクの移動、リードタイムの伸縮の他、タスク内の単位期間毎の負荷量変化の３つのパラメータを調整することで、高度な負荷平準化を達成しようとするものである。更に、日程計画の評価指標として、負荷平準化度以外に、納期遵守度、仕掛かりタスク数を評価指標に加えることで、複合的な日程計画の最適化を実現している。

本発明によれば、日程計画担当者の限界を超えた、複雑な工程計算の場合においても、実作業形態に合った最適な作業日程計画を自動立案して、各オーダーの開始可能日と納期は遵守しつつ、各基準時間単位の負荷をできるだけ平準化することが可能となる。

以下、図３に例示するような、取付と溶接の２つの工程からなる大型構造物１０の組立工事を例にとり、本発明の実施形態を詳細に説明する。

大型構造物１０は、複数の子部品１２を組み合わせて作られる。又、作業工程では、図４に示す如く、各ブロックの占有スペースに応じて限られた作業場所（例えば定盤１４）で、図５に例示する如く、複数の工事の工程作業が同時並行して実施されることが特徴である。この組立工程に関する基本的な工事情報は、以下の４つである。

（１）大型構造物の後工程への引渡し日時（完成納期）
（２）子部品の入荷日時（部品納期）
（３）取付、溶接に必要な、それぞれの延べ作業時間（STH）
（４）大型構造物の標準的な工程処理能力

工程の処理時間である工程リードタイムは、延べ作業時間（３）を工程処理能力（４）で除した値となる。

前述したように、本発明は、図６に例示する如く、タスクの移動、リードタイムの伸縮の他、タスク内の単位期間毎の負荷量変化の３つのパラメータを調整することで、図７に例示する如く、高度な負荷平準化を達成しようとするものである。更に、日程計画の評価指標として、負荷平準化度以外に、納期遵守度、仕掛かりタスク数を評価指標に加えている。

この目的を達成する具体的手段として、最適化処理は、図８に示す４つの手段から構成される。

第１の手段は、計画対象となる複数のタスクを適当な作業開始日時に割付するタスク割付手段２０である。

第２の手段は、該タスク割付手段２０で割付けられた山積み結果を基に、基準時間（例えば１日）単位で負荷の最大値と最小値を求め、この差が最小となるように各タスクの基準時間単位毎の作業負荷を調整する負荷調整手段２２である。

第３の手段は、該負荷調整手段２２で負荷調整された結果から、日程計画の最適化度合いを評価し、前回の最適化評価結果と比較し、最適化度の高い計画を保存する最適度評価手段２４である。

第４の手段は、該最適度評価手段２４で保存された最適化度の高い計画に対して、いずれかのタスクの作業開始日時かリードタイムのいずれかを変化させるタスク割付変更手段２６である。

該タスク割付変更手段２６によってタスク割付変更された計画は、負荷調整手段２２に戻り、以降、評価結果が所定の満足度を達成するまで、負荷調整手段２２、最適度評価手段２４、タスク割付変更手段２６による処理が繰り返される。但し、所定回数繰り返しても、満足する結果が得られない場合には、最適化処理を打ち切る打ち切り処理を含んでいる。

なお、前記最適度評価手段２４は、タスク割付手段２０と処理内容は同じであることから、タスク割付手段２０の機能を最適度評価手段２４で行なうこともできる。

前記負荷調整手段２２としては、線形計画法の他、逐次二次計画法等も利用できるので、特に数理計画手法は限定されない。

又、タスク割付変更手段２６としては、タブーサーチが一般的であるが、その他の手法として、遺伝的アルゴリズムの適用の他、特に、数理計画手法は限定されない。

又、最適度評価手段２４の評価指標は、複数あることから、その評価方法として、重み付け評価式を用いることができるが、その他の方法でもよい。

図９は、本実施形態を用いた中日程計画の解法を示し、図１０に、これによる最適化結果（基準時間単位は１日）の例を示す。図１０から明らかなように、８つの工事の組立作業である取付と溶接の工程負荷が、１日単位で見ると平準化されている。但し、個々のタスクで見ると、１日毎に負荷量は変動している。このような作業日程計画を立案した場合、工程リーダーは、毎日、計画に従って、各工事毎に割付ける配員数を変更指示することになる。しかし、その工程全体では、一定の作業負荷が確保されているので、余剰作業者を後の工程に応援に出したり、応援をもらったりする必要は無くなっている。

なお、前記実施形態では、取付と溶接の関連付けられた２つのサブ工程からなる組立工程の日程計画方法に関して説明したが、サブ工程数が増えれば、問題が複雑になり繰り返しする時間が増加するが、処理手順は同じである。逆に、１工程であれば、処理は簡単になる。

又、関連付けられた工程においては、前工程の負荷平準化を先に実施し、その結果を基に、次工程の負荷平準化を実施するような、段階を分けた最適化手段も、処理時間の短縮という観点から効果的である。

なお、前記説明においては、計画単位となる基準時間単位を１日としていたが、基準時間単位は１日に限定されず、例えば１分、１０分、半時間、１時間、半日、１週間等とすることも可能である。

本発明が対象とする中日程計画の一例を示す工程図中日程計画の最適化手法を説明する図本発明の適用対象の例を示す図同じく制約条件を示す平面図同じく工程図本発明の実施形態のアルゴリズムを説明するための図同じく負荷調整を説明するための図同じく構成を示す図同じく解法を纏めて示す図同じく計画結果の例を示す工程図

符号の説明

１０…大型構造物
１２…子部品
１４…定盤（作業場所）
２０…タスク割付手段
２２…負荷調整手段
２４…最適度評価手段
２６…タスク割付変更手段

Claims

多オーダーＯ_ｉ(ｉ＝１，…，Ｎ_ｏ)と多工程Ｐ_ｊ（ｊ＝１，…，Ｎ_ｐ）があり、各オーダーＯ_ｉの各工程Ｐ_ｊにおける総処理時間Ｔ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）と、各オーダーＯ_ｉの開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）が与えられている日程計画の作成方法において、
各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける計画の単位となる基準時間単位毎の処理時間ｘ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ，ｎ）（ｎは基準時間単位を表す変数）を可変にすることにより、各工程Ｐ_jの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化することを特徴とする日程計画作成方法。
請求項１において、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を可変にすることにより、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける処理期間（Ａ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に開始しＢ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に終了）を、開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）の間の範囲で移動と伸縮を反復して繰り返し、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化することを特徴とする日程計画作成方法。
請求項１において、可変にした各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するように、最適化計算ツールによって決定することを特徴とする日程計画作成方法。
請求項１において、各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を可変とすることにより、探索ツールを用いて各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける処理期間（Ａ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に開始しＢ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）に終了）を、開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）の間の範囲で少し移動と伸縮させることによって現在の処理期間から異なる処理期間にするステップと、その処理期間のもとで、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化するように、最適化計算ツールによって各オーダーの工程Ｐ_ｊにおける基準時間単位毎の処理時間を決定するステップとを繰り返すことによって、各工程Ｐ_ｊの基準時間単位毎の負荷（その基準時間単位の全オーダーの処理時間の和）を平準化することを特徴とする日程計画作成方法。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記基準時間単位を１日としたことを特徴する日程計画作成方法。
多オーダーＯ_ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ_ｏ）と多工程Ｐ_ｊ（ｊ＝１，…，Ｎ_ｐ）があり、各オーダーＯ_ｉの各工程Ｐ_ｊにおける総処理時間Ｔ（Ｏ_ｉ，Ｐ_ｊ）と、各オーダーＯ_ｉの開始可能日Ｓ（Ｏ_ｉ）と納期Ｄ（Ｏ_ｉ）が与えられている日程計画の作成装置において、
計画対象となる複数のタスクを適当な作業開始日時に割り付けするタスク割付手段と、
割付けられた山積み結果を基に、基準時間単位で負荷の最大値と、最小値を求め、この差が最小になるように各タスクの基準時間単位毎の作業負荷を調整する負荷調整手段と、
負荷調整された結果から、日程計画の最適化度合いを評価し、前回の最適化評価結果と比較し、最適化度の高い計画を保存する最適度評価手段と、
保存された最適化度の高い計画に対して、いずれかのタスクの作業開始日時かリードタイムのいずれかを変化させるタスク割付変更手段と、
を備えたことを特徴とする日程計画作成装置。
請求項６において、前記タスク割付変更手段でタスク割付が変更された計画を、負荷調整手段に戻し、以降、評価結果が所定の満足度を達成するまで、負荷調整手段、最適度評価手段、タスク割付変更手段による処理を繰り返し、所定回数繰り返しても、満足する結果が得られない場合には、最適化処理を打ち切ることを特徴とする日程計画作成装置。
請求項６又は７において、前記タスク割付手段と最適度評価手段が共通化されていることを特徴とする日程計画作成装置。