JP2006072851A - 生産・物流スケジュール作成装置、生産・物流スケジュール作成方法、生産・物流プロセス制御装置、生産・物流プロセス制御方法、コンピュータプログラム及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 生産・物流プロセスの物流状態と物流制約を表現した離散系生産・物流シミュレータ310と、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から設定した期間(計画作成期間)分を対象として、物流スケジュール作成に係わる情報を取り込んで作成した状態方程式と物流制約式を用いた数式モデル321を保持する数式モデル保持装置320と、上記数式モデル321に対し所定の評価関数を用いて最適化計算を行って上記生産・物流シミュレータ310に対する物流指示を算出する最適化計算装置330とを設け、上記最適化計算装置330によって得られた物流指示を上記生産・物流シミュレータ310に与え、1回のシミュレーションを行うだけで最適な物流スケジュールが得られるようにする。
【選択図】 図1
Description
また、異なる複数の工程または搬送経路で複数の製品を処理または複数の移動体で搬送し、且つ各製品が異なる複数工程経路または搬送経路を選択可能な製造プロセス、搬送において、任意の時間精度を必要とする生産・物流計画或いは物流制御を、高速に或いは立案者の求める精度で詳細に、立案者の意図に沿って柔軟に最適化でき、且つそのままで実操業に適用できるようにすることを第2の目的とする。
また、連続した工程や製品等の流れを含んだ物流構造を正確に容易に記述し、物流制約と物流構造を同時に定式化することを、非熟練技術者でも短時間で実現し、大規模な問題においても定式化の困難性を意識することの無く、生産・物流計画或いは物流制御を、高速に或いは立案者の求める精度で詳細に、最適化できることを第3の目的とする。
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、上記数式モデルに対して所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流スケジュール作成装置であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果から上記生産・物流プロセスにおける生産・物流スケジュールを作成することを特徴としている。
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流プロセス制御装置であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果に基づいて生産・物流プロセスの物流制御を行うことを特徴としている。
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流スケジュール作成装置により生産・物流スケジュールを作成する方法であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果から上記生産・物流プロセスにおける生産・物流スケジュールを作成することを特徴としている。
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流プロセス制御装置を用いた生産・物流プロセス制御方法であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果に基づいて生産・物流プロセスの物流制御を行うことを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記に記載の生産・物流プロセス制御方法をコンピュータに実行させることを特徴としている。
また、離散系のシミュレータと、数式モデルと、最適化装置とを連動させて最適物流指示を計算し、上記計算結果のシミュレーションを行って生産・物流スケジュールを作成するようにしたので、物流制約条件が複雑であっても実行可能な生産・物流スケジュールを作成することができる。また、所望の評価指標を最良にする生産・物流スケジュールを作成することができるとともに、計算時間を短縮して実用的な時間内に生産・物流スケジュールを作成することができる。これらにより、最適性と実行可能性の両方を確保できる。また、対象とする生産・物流プロセスの状態に応じた生産・物流スケジュールを作成する際の手間及び時間を大幅に削減することができる。さらに、生産・物流スケジュールを作成する対象の規模が大きい場合においても、正確な生産・物流生産・物流スケジュールを高速に、且つ高精度に作成することが可能となる。
また、本発明の他の特徴によれば、詳細シミュレーション自体は一度行うだけで最適な物流制御を行うことができる。
また、連続した工程や製品等の流れを含んだ物流構造を正確に容易に記述し、物流制約と物流構造を同時に定式化することを非熟練技術者でも短時間で実現し、大規模な問題においても定式化の困難性を意識することの無く、生産・物流計画或いは物流制御を、高速に或いは立案者の求める精度で詳細に最適化することが可能となる。
図2に示したように、計画作成期間の1日目は作成した生産・物流計画の最初の8時間分を確定し、2日目以降は生産・物流計画の最初の1日分を確定する。作成した生産・物流計画の内で上記確定期間に入らなかった部分については、その計画は確定せずに破棄する。
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図3は、製造プロセスのペトリネットモデルとして、処理時間に比例した数のプレースで各工程を表したペトリネットモデルを構築し、各工程でのきざみ時間遅れを表す遷移行列Aと接続関係を表した接続行列B(=B+ −B- )を算出するための処理手順の例を示すフローチャートである。
x(k+1) =A・x(k) +B・u(k) ,(k=0,1…,N-1) ……(1)
で表すことができる。ここで、図5に示したペトリネットモデルの場合、遷移行列Aは、次の式(2)のように表される。また、x(0)、u(0)の具体例は、後述する。
x(k) -B- ・u(k) ≧0,(k=0,1…,N-1) ……(5)
u(k) j ∈{0,1},(k=0,1…,N-1) ……(6)
ただし、jは操作ベクトルu(k) の第j要素を表す。
また、操作ベクトルu(k)は、0,1のみに限らず、0または正の整数を取るように定義するようにしても良い。
ここでは、図5に示したように、ペトリネットモデルを構成する各プレースと各トランジションはアーク(矢印)によって接続され、トークンの移動する方向は矢印で定められるが、操作ベクトルu(k) の要素に"−1"を入れると(数式上では可能)、矢印の方向とは逆の方向に発火させるというモデルに合わない動きとなってしまう。そのため、矢印の方向を表す条件式として、操作ベクトルu(k) の各要素は"0"か"1"の値しかとらないという式(6) を使用する。
また、本第2の実施の形態では、評価関数Jとして次の式(7) を考える。なお、評価ベクトルq(k),r(k) の右肩にあるTは、転置ベクトルであることを表す。
x(0) =[1 0 0 0 ] T
xr (k) =[0 0 0 1 ] T ,(k=4)
q(k) =[4 6 8 10 ] T ,(k=1,…,N)
r(k) =[1 1] T ,(k=0,…,N-1)
ただし、右肩のTは転置ベクトルであることを表す。
図6のステップ0は初期状態を示し、この状態では原料置場の投入プレースp1に1個のトークンが置かれる。この初期状態において単体で発火可能なトランジションはt1 である。
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
上述した第2の実施の形態と同様に、図7は、異なる複数の工程で複数の製品を処理して製造するプロセスのモデルを示す図である。図7に示すように、複数の製品は全工程で処理される。すなわち、輸送1〜3、処理1〜3、装入1及び2等で処理される。また、この例では処理の途中に置場2を設けた例を示している。ここで扱う複数の製品は、単一品種であることを想定している。
x(0) =[4 0 …… 0 0 ] T
xr (k) =[0 0 …… 0 1 ] T ,(k=0〜81)
=[0 0 …… 0 2 ] T ,(k=82〜93)
=[0 0 …… 0 3 ] T ,(k=94〜145)
=[0 0 …… 0 4 ] T ,(k=145〜160)
q(k) =[1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1000] T ,(k=1,…,N)
r(k) =[1 … 1] T ,(k=0,…,N-1)
ただし、右肩のTは転置ベクトルであることを表す。
図6において、1200はコンピュータPCである。PC1200は、CPU1201を備え、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、あるいはフレキシブルディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。
320 数式モデル保持装置
321 状態方程式と物流制約式を用いた数式モデル
330 最適化計算装置
350 シミュレーション結果
S 評価関数
Claims (21)
- 生産・物流プロセスの物流状態と物流制約を表現した生産・物流プロセスを模擬する離散系の生産・物流シミュレータと、
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、
上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して、所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流スケジュール作成装置であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果から上記生産・物流プロセスにおける生産・物流スケジュールを作成することを特徴とする生産・物流スケジュール作成装置。 - 上記離散系の生産・物流シミュレータはペトリネットモデルを用いて構築するものであり、上記状態方程式はペトリネットモデルの状態方程式であることを特徴とする請求項1に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記離散系の生産・物流シミュレータはペトリネットモデルを用いて構築するものであり、上記状態方程式は処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表される接続行列と遷移行列とを用いた状態方程式であることを特徴とする請求項1に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記離散系の生産・物流シミュレータはペトリネットモデルを用いて構築するものであり、上記物流制約式は上記ペトリネットモデル中の移動操作端の発火可能性およびアーク方向について表した条件式を含む物流制約式であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記立案開始時刻から予め設定した期間は、あらかじめ設定された対象期間分であることを特徴とする請求項1に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記立案開始時刻から予め設定した期間は、ある生産・物流事象発生の時刻から所定の区切られた範囲で設定された期間であることを特徴とする請求項1に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルは、製品、移動体、設備の処理に伴う作業群の関係、制約に対して構築されることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルは、上記検出した現在の物流状態及び物流制約で成る数式モデルであることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記最適化計算装置は、あらかじめ設定した評価関数を用いて最適化計算処理を行うことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記最適化計算装置は、あらかじめ設定した線形の評価関数を用いて最適化計算処理を行うことを特徴とする請求項9に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記最適化計算装置は、最適化或いは準最適化問題として上記数式モデルを解くことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記最適化計算装置は、上記設定した指示算出期間内で少なくとも最適な発生事象及びその発生時刻を求めて上記数式モデルを最適化することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記数式モデルの解に基づいて、上記製品、移動体、設備の処理に伴う作業群の関係、制約の全部或いは一部動作・状況をシミュレートする生産・物流シミュレーション処理と、
上記生産・物流シミュレーション処理により求めた生産・物流計画の内で計画をあらかじめ設定した確定期間分だけ採用して確定する生産・物流計画確定処理とを行って、上記予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定することを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。 - 上記生産・物流シミュレータがシミュレーションを進めて、上記予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定することを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記事象の発生事象から将来の予測範囲を区切って最適化計算を行い、その結果を上記シミュレータに供給して事象発生時刻を進める処理を事象発生毎に繰り返し行い、この繰り返し演算の結果から上記予測範囲毎に求めた一連の事象発生順及びその事象発生時刻を生産・物流スケジュール作成として決定することを特徴とする請求項1〜14の何れか1項に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 上記生産・物流計画確定処理により確定した生産・物流計画の確定期間が経過した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、上記生産・物流計画確定処理により既に確定した生産・物流計画に基づき構築した新たな状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルに基づいて解を求める最適化計算処理と、
上記最適化計算処理により求めた数式モデルに対する解に基づいて製造プロセス・搬送の動作・状況をシミュレートする生産・物流シミュレート処理と、
上記生産・物流シミュレート処理により求めた生産・物流計画のうち、あらかじめ設定した確定期間分の生産・物流計画だけを採用して生産・物流計画を確定する生産・物流計画確定処理とにより、上記新たな立案開始日時から新たな確定期間分の生産・物流計画を確定する一連の処理を、順次設定する新たな立案開始日時についてそれぞれ行うことを特徴とする請求項12に記載の生産・物流スケジュール作成装置。 - 生産・物流プロセスの物流状態と物流制約を表現した生産・物流プロセスを模擬する離散系の生産・物流シミュレータと、
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して、所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流プロセス制御装置であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定した期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果に基づいて生産・物流プロセスの物流制御を行うことを特徴とする生産・物流プロセス制御装置。 - 生産・物流プロセスの物流状態と物流制約を表現した生産・物流プロセスを模擬する離散系の生産・物流シミュレータと、
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流スケジュール作成装置により生産・物流スケジュールを作成する方法であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定した期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果から上記生産・物流プロセスにおける生産・物流スケジュールを作成することを特徴とする生産・物流スケジュール作成方法。 - 生産・物流プロセスの物流状態と物流制約を表現した生産・物流プロセスを模擬する離散系の生産・物流シミュレータと、
上記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを数式で表現した数式モデルであって、上記生産・物流プロセスの立案開始時刻から予め設定した期間(計画作成期間)分を対象として、着目している物流のスケジュールを作成するのに係わる情報を取り込んで作成された状態方程式と物流制約式を用いた数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
上記数式モデルに対して、所定の評価関数を用いて最適化計算処理を行って上記生産・物流シミュレータに対する物流指示を算出する最適化計算装置とを有する生産・物流プロセス制御装置を用いた生産・物流プロセス制御方法であって、
上記最適化計算処理により現時点から予め設定した期間(指示算出期間)分について物流指示を算出して上記生産・物流シミュレータに与えて、予め設定した期間(シミュレーション期間)分だけシミュレーションを実行して予め設定した期間(計画確定期間)分だけ物流計画を確定し、上記確定した期間の直後の日時を新たな立案開始日時として設定して物流計画を立案するという処理を繰り返すことにより得られたシミュレーション結果に基づいて生産・物流プロセスの物流制御を行うことを特徴とする生産・物流プロセス制御方法。 - 上記請求項18に記載の生産・物流スケジュール作成方法または上記請求項19に記載の生産・物流プロセス制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
- 上記請求項20に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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