JP2006512628A - 自動誘導式パレットを用いた生産ラインおよび生産ライン設計支援システム本出願は米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条に基づく２００２年６月７日出願の米国仮出願Ｎｏ．６０／３８７，３４７の優先権を主張するものであり、当該仮出願の全開示もまた参照により本出願に包含される。 - Google Patents

Abstract

本発明は、小型でテーブル等の上に設置可能な新しい製造システムに関する。発明者らは、これを小さな工場を意味するものとして、ＤＴＦ（デスクトップファクトリー）と呼ぶ。この出願においては、「ＤＴＦ」の目的が述べられ、そして２つの主要項目がこの報告書に記述されている。 １）自動搬送システムとして自動誘導式パレット（「ＡＧＰ」と呼ぶ）を有する製造システム。このＡＧＰシステムは、製造ラインの従来の２つの搬送システムの利点を併せたものである。即ち、フローショップ型（所謂、「組立ライン」）は、大量生産に適するもので、システム内の各工程間の搬送距離を最短にすることができる利点があり、ジョブショップ型（バッチ処理が多くは必要である）は、各校工程間の搬送（往復）を可能にするという利点がある。この提案するシステムは、生産量が比較的少なく生産物の種類範囲が広いフレキシブル製造システムで使用することができる。
２）製造ライン設計支援システム。 １の実施例は、第１にオペレーターが、各工程の処理時間、稼動率、工場設備コスト等の製造ラインのシステム設計要件を入力し、さらに、上記要件各々の加重（重要度）が入力される。第２に、支援システムが最適製造ラインの候補を幾つか出力する。そして、支援システムは、候補についてシミュレーションをそれぞれ実行する。最後に、シミュレーションにより最適製造ラインが構築される。

Description

（フロー型、ジョブショップ型の生産、及びＵ字ライン）
生産方法とその生産方法に関わる物流に関する従来の概念は、以下の２つのカテゴリーに要約され得る。

フロー型： ワーク体はコンベア上を１個づつ搬送され、各ワーク体は各生産工程に対応する１の装置から他の装置へ順に引き渡される。この搬送は高速で実行され得る。ライン中の最も遅い装置が生産性タクトを決定する。そのため、生産性を改善するために、高価なシステムの生産性タクトに追いつくように、より低速でより低価格な装置（複数）は並列に稼動される。（フォードに代表される作業フロー）

ジョブ型： ジョブ型生産方法（以下「ジョブ型」という）では、搬送移動が工程の順序に従うことにより生産が進展する。これは長い搬送時間を要し、従って、このシステムは通常ワーク体を在庫保持することによりバッジ処理を実行する。この生産方法の生産性を向上するためには、１バッジあたりの処理されるワーク体の個数を増やすことが必須である。また、重い作業負荷のかかる装置の処理高速化や、複数の装置を並列運転することも必須である。（半導体工場に代表される作業フロー）

これら２つの生産方法は、人手による作業や人手による搬送システムに対してだけでなく、自動化生産ラインや自動化搬送システムに対しても高い適合性がある。

これに対して、Ｕ字生産ラインは人的労力の活用を最大化するものであり、多品種変量生産において特に有効である。Ｕ字生産ラインはフロー型生産方法であり、オペレーターがワーク体を１の装置から他の装置へ運搬して、各装置（通常は単純な治工具）を使用して特定の作業を行ない、オペレーターがＵ字生産ラインを一巡すると製品が完成する。

上述の他にも、ボルボ方式といったメインワークは移動させずに、オペレーターが装置をワーク体に向け移動させ生産を行う方法がある。この作業フローは、ケースによっては有効であろう。

フロー型又はジョブ型生産方法で生産性を改善するには、生産量（アウトプット）を増やすことが、実際的な手段である。一方、Ｕ字生産ラインにおいては、生産性の向上は、生産量の増加ではなく、工場設備への投資減少により実現される。即ち、この概念の焦点は、（１）オペレーターをより効率的に作業させ、オペレーターあたりの作業負荷を増加させて、設備にかかる支出費用を直接的に減らすこと、及び（２）装置の機種を切り換え、又は異なる機種の装置を並列稼動させて生産量をスケールダウンし、又は不備ある計画準備や物流に起因する損失を減少させることにより、工場設備投資の総額を減少させることである。仮に、高額な費用や機械設備又は生産タクトに関係するような問題を解決するためにバッジ処理の追加工程が必要である場合でも、オペレーターはジョブ型の自動搬送車を容易に操作し、その動作も簡単にできるので、搬送距離が短距離である限りは、Ｕ字生産ラインの作業フローに部分的にジョッブ型概念を取り入れることが可能である。フロー型及びジョブショップ型生産方法の両方の利点を合わせることも勿論可能である。

Ｕ字ラインの作業フローは、多様な製造装置による生産及び商品寿命の短い製品の生産対して非常に有効である。ＰＣＴ国際出願番号０２−０３２２９（ＰＣＴ／ＪＰ０２／０３２２９）は、「デスクトップファクトリー」（以下において「ＤＴＦ」という）と呼ぶ超小型精密生産ラインを提案している。しかしながら、ＤＴＦは、可能な限り人的作業を避けなければならない生産ラインのための方法であり、これをだめにするという深刻なクリーン化問題を有していた。

通常、「生産性」と言う用語は、時間当たりの処理量を意味する。実際的な意味では、「貨幣価値」あたりの処理量がより重要である。現代において、「生産性」は、「経営総コスト」（以下、ＴＣＯという）に対する生産コストとして経営の観点から定義されるべきである。ここで、貨幣価値は、工場設備投資及びランニングコストの総和であり、投資コスト、教育訓練コスト、環境基盤構築、維持コスト及びスクラップ価値のような間接コストを含むもので、製品の最終価値である。

前述のＵ字生産ラインは、ＴＣＯの観点からすぐれた点が多い。工場設備投資は、机と機器パーツ保管棚、簡単なジグと必要最低限のスタンドアロンの装置からなる。設備の為のエネルギーの準備も同様に最小である。特に、装置は標準規格に合致するものであり、そのシステムのスクラップ価値で大きなアドバンテージがある。しかしながら、Ｕ字生産ラインは、一般の生産ラインに比較して、より高い教育訓練費用、人事管理費用及びクリーン環境維持費用を負っている。自動化生産ラインに比較して、品質保証費用もまた大きい。

それにもかかわらず、Ｕ字生産ラインはＴＣＯの観点から非常に優れた生産性を提供することが一般に知られている。その最大のアドバンテージは、Ｕ字生産ラインは生産量の変動及び商品寿命サイクルに関わる経営リスクを大きく軽減するということであると思われる。

（生産ライン構築の方針）

ＴＣＯに基づく生産性を分析するとき、トレードオフを計りながら下記の要素に関して均衡を求めなければならない。

１）フロー型の動きとジョブ型の動きの実現する（搬送コスト最適化）。

２）高額な装置を複数の製品ラインで分担する（分担されるべきコスト及び生産性タクト）。

３）高額な装置稼働時間を増やし、その台数を増やさない。

４）その製品製造に必要な工場設備の総コストを減じる。

５）敷地面積、工場運営コスト、環境基盤構築コストを最小化する（作業動線を短くする）。

６）限定した生産量に対して時間当たり生産性を最大化する。

７）設備の再利用性、廃却コスト及び製品スクラップ価値。

８）製品品質を悪化させる無駄な動き及びレイアウトを排除する（汚染、振動などの技術的選択）。

項目３）、４）、５）及び６）は、予測生産量、商品寿命に対する戦略、スクラップ価値、設備既設の有無と総合的評価として、バランスはしなければならない。

以上に基づいて、生産設備と搬送を配置する方法に関する提案は、次のことを可能とする。（１）量拡大に依存しない生産性の向上改善（２）ＴＣＯに基づく工場設備コストの分析。

発明の要約

本発明は、小型でテーブル等の上に設置可能な新しい製造システムに関する。発明者らは、これを小さな工場を意味するものとして、ＤＴＦ（デスクトップファクトリー）と呼ぶ。
この出願においては、「ＤＴＦ」の目的が述べられ、そして２つの主要項目がこの報告書に記述されている。 １）自動搬送システムとして自動誘導式パレット（「ＡＧＰ」と呼ぶ）を有する製造システム。このＡＧＰシステムは、製造ラインの従来の２つの搬送システムの利点を併せたものである。即ち、フローショップ型（所謂、「組立ライン」）は、大量生産に適するもので、システム内の各工程間の搬送距離を最短にすることができる利点があり、ジョブショップ型（バッチ処理が多くは必要である）は、各校工程間の搬送（往復）を可能にするという利点がある。この提案するシステムは、生産量が比較的少なく生産物の種類範囲が広いフレキシブル製造システムで使用することができる。
２）製造ライン設計支援システム。 １の実施例は、第１にオペレーターが、各工程の処理時間、稼動率、工場設備コスト等の製造ラインのシステム設計要件を入力し、さらに、上記要件各々の加重（重要度）が入力される。第２に、支援システムが最適製造ラインの候補を幾つか出力する。そして、支援システムは、候補についてシミュレーションをそれぞれ実行する。最後に、シミュレーションにより最適製造ラインが構築される。

（ＤＴＦレイアウトにおける搬送への要求）

ジョブ型レイアウトとフロー型レイアウトを組み合わせたＵ字生産ラインの観点によれば、その搬送作動に対して次の要件がある。

１）工程順序は、フロー型の作業フローを基本に次工程へ進む。

２）工場設備コスト及び生産量の観点から必要な場合は、ジョブ型搬送を行う。

３）基本的な搬送作動とは別にインタラクティブなランダムアクセスの搬送作動を行う。

上記の内、少なくとも、（３）の工程は従来技術において述べられていない。しかしながら、本発明によれば、自動誘導式パレット（ＡＧＰ）は、機械部品や補助部材を積載して、いつでも必要に応じて、補助搬送作動として、巧みにメイン作業フローに割り込むように用いられる。設備が完全自動化されている場合は、上記部品要素を取り上げる装置が必要となる。しかしながら、Ｕ字レイアウトでは、取り上げ装置のコストはゼロとなる。Ｕ字レイアウト用の搬送作動に必要なハードウェアは、ジョブ型に必要なものと殆ど同じである。それにもかかわらず、その搬送経路はあらかじめ計画され得ないことが知られており、このためＵ字レイアウトのソフトウェアは一般に、ジョブ型とは異なり、このレイアウトでは、高度なソフトウェアのアルゴリズムが要求されると考えられる。

図１は、従来技術の基本的なフロー型生産システムを示す。
図２は、従来技術のフロー型生産の複数個取りを示す。
図３は、従来技術のジョブ型の搬送路を示す。
図４は、二重共通搬送路システムを示す。
図５は、フロー型とジョブ型両方の搬送路を有する搬送システムを示す。
図６は、フロー型とジョブ型両方の搬送路を有する搬送システムを示す。
図７は、図７に示される実施例の代替的実施例を示す。
図８は、本発明のシステムのフローチャートを示す。
図９は、配列の候補を示す。
図１０は、最終の搬送ネットワークを示す。
図１１−１は、フローの図解である。
図１１−２は、自動誘導式パレット（ＡＧＰ）の図解である。
図１１−３は、軌道変更ユニットである。

発明の詳細な説明

（本発明によるフロ−型とジョブ型ランダムアクセスとの融合）

図１は、フロー型搬送のトポロジを示す。これはフリーフローコンベアなどに見られる極めて典型的な搬送システムである。図１においては、所謂「リターン路」を設けた。

フロー型レイアウトでは、全体的な生産性タクトは、最も遅い工程により支配される。その結果、工程全体にわたり均一の生産性タクトの分布を得るようにシステムを調整しなければならない。それでもなお、良好に生産性タクトをバランスさせることができる。その上、“（遅い工程のコスト）≪（高コストの工程）”即ち、（遅い工程のコスト）が（高コストの工程）よりはるかに小さい場合は、遅い工程を並列に稼動させる必要がある。そうるためには、２つの考え方がある。即ち、（１）完全な分岐ショップにより並列ラインを形成する場合と、（２）“multiple-intake”（複数個取り）作動（図２参照）を適用する場合がある。

反対に、ジョブ型レイアウトでは、処理装置が並列に通路に接続されるトポロジを必要とする。図３は、１本の搬送路に対して処理装置が並列に接続されている配置を示したものであり、ワーク体は任意の処理装置から別の任意の処理装置へ搬送され得る。システムのスループットを上げるために、即ち同時に発生する搬送の要求を効率良く扱うために、複数の搬送路が設けられ、又は、搬送路がループ状に形成される。

ジョブ型搬送システムは、共通通路とワーク体を装置に運ぶための分岐線とからなるトポロジを有するが、しかし、複数台の搬送車は、共通通路上において一方通行に規制することによりトポロジ中に放出され得る。このようにして、融合したランダムアクセスがジョブ型レイアウトに提供される。

（ジョブショップ搬送路とフロー搬送路の融合）

図５は、フロー型搬送路とフロー型搬送路の両方を用いた搬送路のトポロジを示す。図１の白色搬送路が、図５中にＡ−Ｆの順で白抜きの円形搬送路として再配置されている。図５の灰色の搬送路（搬送路Ｇ）は、図４の搬送路そのものである。

ここで、ワーク体は矢印で示すように各搬送路に沿って移動すると仮定する。ワーク体は、基本的に搬送路Ａ−Ｅから次の隣の工程へと送られる。その結果、搬送作動は、所与の行き先から異なることはできない。しかし、搬送路Ｇは、任意の工程から別の任意の工程への選択的搬送作動を提供することができる。

よって、搬送路Ｇは、搬送路Ｆと同様の機能を提供できるので、従って、搬送路Ｆを省略し、かつ、その機能は２つの工程が図６のトポロジに示されると同じ搬送経路を分担するという代替手段によって達成される。これは見方を変えれば、このトポロジは、フロー型レイアウトのリターン路を使用してランダムアクセスの機能を得るために分岐と合流が付加されたということを示している。（図７参照）

（レイアウト）

デスクトップファクトリーにおいては、処理工程は生産性のみに注目して割付けられ、重複する工程は、装置のレイアウト及び装置間の搬送作動を独立したフェーズとして設計することにより、１の装置（多機能化した装置）に割り付けられる。以上では、ジョブ型とフロー型両方の機能を用いる可能性に関して考察した。以下では、生産量の拡大に依存せずに機能する装置について考察する。

レイアウトを生成するためのフローチャートは、次の通り概説される。

（ステップ１：技術シーズ及びニーズの明確化）

１）必要な工程を明確にする。

２）各工程に要求される全ての装置をリストアップする。

３）各工程に要求される生産量、スペース、投資金額を特定する。

４）複数機能を有する装置により処理可能な工程をリストアップする。

（ステップ２：装置台数の決定）

１）スペースの広さ、投資、生産能力等を入力する。

２）必要な装置台数と装置1台の複数機能により実行可能な工程数とを算出する。

３）複数の試案及び１）の要求を一般的に満たす複数の結果を算出する。生産量、投資金額、各装置の待機時間、装置毎の待機時間に対する投資金額をリストする。

（ステップ３：大まかなレイアウトの算出）

１）重み付けされた搬送距離指数を入力する。

２）ステップ２で選ばれた装置の配列の組合せを順列で全て算出し、その搬送距離指数を全て計測すし、さらに搬送距離指数が高得点である組合せ複数を選択する。

（ステップ４：ジョブの補助搬送経路を設定）

１）ステップ３で選択した結果に、フロー型搬送路ではない箇所においてジョブへの経路を付加する。

（ステップ５：シミュレーション）

１）異なる搬送時間、搬送コストなどでシミュレーションする。

２）何台の搬送車が投入され得るか推定するようシミュレーションする。

３）コスト、スペース及び生産量を算出する。

（ステップ６：プログラムの作成）

１）シミュレーションにより選択された生産ラインのためのプログラムを作成する。

（ステップ７：実生産に使用する装置に関する解析）

１）選択された生産ラインにおいて製品を生産する。

２）モニタ画面を介して搬送車をチェックし、実生産ラインで使用される装置のためのデータを収集する。

３）上記により収集されたデータに基づきボトルネックを解析する。

４）解析結果をフィードバックし、生産ラインを改善する。

上記の手順に従って意思決定がなされる。各ステップ毎に複数の候補が選択され、インタラクティブ設計者が自らの決定によって「工程を開始し」そして、個人的経験を生かし作業フローやレイアウトを「再編集」するような装置が選択される。

順列から殆ど無限に近い候補を大まかなふるいにかけるためには、膨大な量のデータが処理されなければなれない場合が多い。ふるいかけの効率を上げるために、以下では、遺伝的アルゴリズム（以下「ＧＡ」という）の導入が必要である。次のステップ４では、補助経路が設定される。図６は「補助経路」の例、即ち黒塗り搬送路を示す。図６では、実際の処理には必要とされない搬送経路を削除している。この段階のレイアウトは、分析を確実にするためのシミュレーションを更に行うことにより、ある程度調整される。シミュレーションを行うことによって、設計者はシステムの効率を更に改善でき、最終的に実際のレイアウト及び搬送制御プログラムが作成される。

その後、プログラムが装置にダウンロードされ、シミュレーションの結果と実生産に使用される生産装置の結果との差異の比較により最終的な調整がなされ、生産ライン内の装置を用いてボトルネックが解析される。

（最適化レイアウト−従来の考え方（具体例））

ここで、ランダムアクセス搬送機能とフロー搬送機能の双方を備える搬送路を用いて、生産性を最適化するレイアウトをマッピングする方法に関して述べる。

次の処理の例を仮定して、説明する。

装置Ａ 組み付け（３部品用３ハンド）

コスト０．５ タクト１０

装置Ｂ 塗付（所定の位置に接着塗付が可能）

コスト０．５ タクト１５

装置Ｃ 先入れ先出しオーブン（所定時間の接着アニールが可能）

コスト１．０ タクト５

装置Ｄ クーリング （アニール後の冷却）

コスト０．５ タクト５

装置Ｅ 寸法計測

コスト３．５ タクト３

搬送時間 タクト１

（コスト：百万円；タクト：秒）

上記の５つ装置が、メインワーク体（ａ）に３点の機械部品（ｂ、ｃ、ｄ）を順に組み付けるとする。これらのうち２点の機械部品（ｂ、ｃ）は接着材塗布、アニール及び冷却の工程が必要である。また、寸法計測は、メインワーク体に組み付けた後の中間のワーク体及び最終製品について必要であると仮定する。これを簡単に説明するために、全ての部品は所定の配置で供給されると仮定する。表１は、工程の配列状況を示す。

表２は、従来の手法のフロー型レイアウトで実行された処理工程の結果を示す。

この条件では、寸法計測は総コスト１９．５百万円の内の７１％を占め、寸法計測工程の稼働率は２０％である。装置コストに対して稼働率を乗じた値（以下「投資稼働金額」という）は、総合で５．８百万円である。これは投資１９．５百万円の内５．８百万円の部分しか利用されていないことを意味している。

次の式は、投資金額が利用された率（以下「投資金額稼働率」という）を示している。

（Σ（ＭＴ／Ｃｔ＊装置コスト））／総コスト

上記の式は、投資が有効に働いた単位時間あたりの投資金額を表す指標である。この指標は、総稼働率がフルに時間を表し得ないときに、装置のコストを積算カウントする。たとえ、低価格の装置の稼働率が上がってもこの指標の数値は増加せず、高価格の装置の稼働率が上がると指標は大きく改善される。

工程処理の順番通りに装置を並べる設定においては、この指標の数値は３０％に満たない。この計算は２４時間稼動を想定する場合である。８時間稼動の場合は１０％となってしまう。即ち、有効な投資金額はたった１０％であることを意味する。

「投資金額稼働率」を９０％以上に押し上げるためには、追加の装置を設置して、各装置のタクトをバランスさせることが必要である。即ち、生産量が増加されなければ各装置の生産性タクトはバランスし得ないということが、ここで如実の問題点となる。

そのうえ、この表における数値は、ライン長を１９ユニットあたりで３４ユニットとし、これをクリーンルーム投資の計算のここでの基準として想定している。１ユニットの大きさを５００ｍｍ×１０００ｍｍとし、クリーンルーム建設費用は４００，０００万円／平方メートルである。

「遊び金額」も我々が独自に決めた別の独特の指標であり、以下のように示される。

（１−投資金額稼働率）×装置コスト

この指標は、装置の各ユニットコストのボトルネックを発見しようとする場合に有用であると思われる。しかしながら、ライン全体が考慮される場合、「遊び金額」は「投資金額稼働率」とほぼ同じ意味となる。

「製品あたり装置額」は、年間生産量を前提にした製品あたりの装置コストである。

（発明の詳細な説明）

（工程レイアウトの最適化−ＤＴＦのコンセプト）

５．１までは、従来技術の生産ラインの最適化について、新たな指標「投資金額稼働率」に基づく評価をしてきた。上述のように、従来の意味では生産量を拡大しない限り生産性は改善しないということが理解された。（装置の仕様が固定されている限り、生産が少量の場合は生産性タクトをバランスさせることは不可能である。）

必要な装置の台数を比率として表すことが「投資金額稼働率」を改善する手段として重要であるということに注目すべきである。この概念（即ち１／２台、１／３台というもの）が受容されれば、大量生産の投資金額稼働率を少量生産に対して適用きることになる。ちなみに、装置Ａを０．８５台、装置Ｂを１．２５台、装置Ｃを０．４４台、装置Ｄを０．４４台及び装置Ｅを０．２５台をそれぞれ用いれば、１００％の投資金額稼働率、即ち１００％の全装置の時間稼働率が得られるということをシミュレーションが示している。

ここで、装置の台数を整数としない条件で数えるアイディアが実行可能であるかどうかを検証してみる。４．２で述べた１つの装置を異なる工程で使うフロー型レイアウトを用いたジョブ型機能を適用すると仮定する。また、１工程を実行するに当たり必要な装置の台数は、便宜的に１／２、１／３と仮定する。上記の工程例において使用される装置は、次のように、整数では無い形式で表され得る。

装置Ａ １／３、２／３、１、４／３

装置Ｂ １／２、１、３／２

装置Ｃ １／２、１、３／２

装置Ｄ １／２、１、３／２

装置Ｅ １／４、２／４、３／４

ここで注意すべきは、同一の装置が、異なるツーリング及び異なる機械ハンドを必要とすることである。（以下のケースでは、ツーリング選択が異なっている。）

上述のような１００％の投資金額稼働率を得られる分数の値は下記のとおりである。

Ａ ０．８５台 １台

Ｂ １．２５台 ３／２台 (２工程に３台)

Ｃ ０．４４台 １／２台 (２工程に１台)

Ｄ ０．４４台 １／２台 (２工程に１台)

Ｅ ０．２５台 １／４台 (４工程に１台)

上記の分数による台数を用いて投資金額稼働率を再計算すると、９０％以上の稼働率が求められる。

投資金額稼働率 ９１％

装置コスト ８百万円

生産量 １３３，０００個の製品

ＣＲ投資金額 １．６百万円

遊び金額 ６５０，０００円

製品あたり装置額 ５円

この計算結果は、１３３０００個の製品生産量が、コスト１／２で、面積２／３において実現できること、換言すると、約４倍の生産量に対して最適化された同率がこのケースに適用され得ることを示す。（この予測は、技術目的が装置自体の最小化であるＤＴＦ技術の効果を前提とせず、比較する全ての基準について現有の従来装置を使用することを想定している。評価にあたりＤＴＦの効果を考慮するならば、更に高い効果が期待される。）

ここでは特には詳述しないが、分数による製品あたり装置額を用いることの別のアドバンテージは、生産ラインにおける在庫の大幅な減少にもある。

（このアイディアを追求する上のキーとなる技術）

１．１つの装置が幾つの工程をこなすことができるか？

２．ワーク体がどの程度まで柔軟に搬送され得るか？

（１）（２）の手段はともに論理的には追求し得るが、しかしながら、これはコスト、プロセスの調整、メンテンナンス等に限界に限界を設ける。換言すると、装置設計が（１）及び（２）の機能を提供する可能性に限界を与える。結果として、表１にリストされる工程の実行に関連するような可能性とリスクをあらかじめ評価しておく必要がある。

本発明は、（１）の問題の解決としてＤＴＦロボットを、（２）の問題に対する解答としてＡＧＰ搬送システムを提案する。

ＤＴＦ型のロボットは、従来技術の自動組立ラインに提供されているロボットよりも低いコストを要求する。開発中のＤＴＦロボットは、以下を特徴とする。

著しいコスト減少を実現可能とできる構成

強化された直交ロボットのツーリング自由度

強化された直交ロボットの直線性（一方向における）

関節ロボットのクリーン高度

関節ロボットの作業領域面積に対する据え付け面積比率の確保

絶対精度を確保するＸＹ位置決め機構のダイレクトドライブ可能性

ここで（２）及び（５）は、ロボットに複数機能を与えようとする場合に非常に重要であり、製品の小型化をするＦＴＤロボットについて一層重要である。

ＡＧＰ搬送システム（図８）は、新規の有軌道式自動搬送システムである。これは、自動搬送車の自由度とコンベアラインや送り竿搬送の高速性の提供を狙うものである。

これらの要素は、日本特許出願２００２−１１３６６０および２００２−１５０７５０に述べられている。

特願２００２−１１３６６０の目的は、重量の削減と小型性であり、このＡＧＰはワークを安定させて搬送でき、（自動誘導式パレット）ＡＧＰの機構は、作業領域環境の清浄度を維持しつつ塵埃等を発生することなく、容易に充電され得る。

この出願は、自動誘導式パレットの一の最良な実施例を説明している。特願２００２−１１３６６０の図１に示されるように、ＡＧＰ２の主要な構成部は２本の平行軌道の上にある車輪６、車輪２を駆動するモータ、充電可能でモータを作動させる電池、ワーク４を積載可能でＡＧＰ２から取り外し可能な部材９、非接触型充電手段１１ａ及び制御回路である。

また、非接触型充電手段１１ｂは、軌道３の間に配置され、ＡＧＰ２の非接触型充電手段１１ａと対向する。

特願２００２−１５０７５０に関しては、その目的は、軌道配置又はシステムの変更をより簡単にすることである。

この出願は、そのシステムがステーション５に対応するステーションコントローラ６を有することを説明している。

ＡＧＰ２は、ステーション５を介してステーションコントローラ６と接続する通信手段を提供する。

ステーション５は、その通信を確実にするために、ステーションコントローラ６とＡＧＰ２との間に、配置する。

ステーションコントローラ６は、他のステーションコントローラと通信可能である。

また、ステーションコントローラ６は、データを搬送（受信及び発信）することが可能なデータ搬送手段、ステーション５を介してＡＧＰ２と通信する通信手段、ＡＧＰ２を制御する工程（ルーチン）プログラムを記憶する記憶手段及び工程（ルーチン）プログラムを実行する実行手段を有する。

（装置の機種と台数の選定）

所望の装置の機種とその台数を選定するには、生産量（稼動時間）、装置設計、スペース及び許容投資金額といったパラメータの試案提案が生成されなければならない。この段階では、パラメータは搬送系及び装置レイアウトとは独立して選定される。即ち、この作業をソフトウェアにより実行しようとする場合には、そのソフトウェアは分析型と統合型の両方のツールを包含しなければならない。

分析型ツールは、機種毎に必要な装置台数をマニュアル入力することにより、オペレーターが投資金額、投資金額稼働率、各装置の稼働率を簡単に算出できることが特徴と言える。その結果分析は、生産性タクトをバランス化するための装置の複数機能化又は複数台数化の必要性を示唆するものとなる。

一方、統合型ツールについては、装置の機種、装置機能の認識及び各装置のコストに関するデータをオペレーターが入力する。そのデータは下記の指示にしたがって処理される。

最小スペース。

最小コスト。

最適投資金額；可変生産量。

保証生産量；可変投資金額。

要件「最小スペース」は、必要な装置の台数及び全ての可能な複数機能を内蔵する装置の機種を仮決定する。

指示「コスト最小」は、可能な複数機能を装置１台に与えるコストをその装置の単機能を用いるコストと比較する。この比較は、それらの全ての組合せについて実行される。そして、その構成、最低コストの組合せを用いて装置の機種及び台数が決定される。

投資金額を最適とするには、その組合せのコストが与えられた投資金額に合致するまで、機能を複数化して装置台数を可能な限り減じる（同時に期予想生産数量も減じる）。最大の生産量を提供する（複数の）組合せが抽出される。

生産数を最適とする場合は、要求される生産量及び投資額を保証する組合せが探査され、要求生産量に合致する組合せが特定される。最もコストの低い複数の組合せが抽出される。さらに、全機種について複数の装置が必要となった場合は、２本の生産ラインを並列に稼動することにより当初要求の１／２の生産となる代替的生産方法も同時に提示される。

（３）及び（４）を実行するソフトウェアの生成は、一見難しい様に見える。しかし、この順列組合に用いられる要素は、装置の機種と装置が複数機能を有する可能性である。組合せの数は非常に小さいので、殆ど全ての組合せを評価することができる。表３は、この順列組合せの結果を示す。

（装置配列の大まかな推定）

５．３で求められた装置の機種及び台数に基づいて装置配列の仮の並び順を決定するには、装置配列の並び順を入れ替えて、最も速く、最もコストがかからない方法を抽出し、設計者に提示する。しかしながら、「順列組合せ」から帰結する組合せ全てに対して搬送時間及び搬送装置のコストを現実的時間で算出することはコンピュータでも困難である。さらに、この「順列組合せ」は数学以上の内容を含む。つまり、複数機能を有する複数の装置がある場合に望ましい装置を決定するには全ての組合せについてシミュレーションを実行しなければならず、そして目的とする処理にどの装置が最も適するかを決定しなければならない。この計算には、膨大な時間が必要である。

シミュレーションに頼らず無駄の多い搬送作動を排除するため、初期段階で大まかに望ましい配列を推定する処理が必要になる。その作業を達成するために、「無次元搬送距離」とよぶ新たな指標が導入される。この処理において、複数機能の装置を含む組合せの順列から帰結する全ての配列について、「無次元搬送距離」。最後に、最もスコアの高い組合せが抽出される。

スコアは以下の単純なルールにより与えられる。ここで、想定される配列は、実際の配列と比較される。得点は、当初の配列又は想定される配列から移動されなければならなかた各シフトに対して与えられる。得られた得点の総和がその装置配列のスコアとなる。

以下が、その採点ルールの例である。

右から左へ１つシフト ５/n

左から右へ１つシフト −５/n

左から右へ３以上シフト ３/n

左へ２シフトの後、右へシフト ３０

左へ４シフトの後、右へシフト ５０

図７に示されるコンセプトの下での採点システムは、知見に基づいている。（１）装置を通過する経路は、左シフトの場合に加点される。（２）最も高い搬送効率は、特に１シフトで得られる。（３）ワーク体がリターンラインによって戻されるときは、より長い距離をもどすほど有利な得点となる。（得点は高い方が良いという考え方で設定される。右から左へのシフトもその反対のシフトも同じ結果となる。）

この様にして計算された得点は、統計的に分析され、最上位の得点が抽出される。（例えば、３σより高得点なもの）

このように、評価に値しない配列はこの大まかなふるい分けにより、除外される。

（搬送ネットワークと動作の決定）

５．４で得られた配列の候補は、リング形状に配列されている。ここでは、工程の順序はＡＢＣＤＢＣＥと仮定し、配列の候補はＡＢＣＤＥと仮定する（図９参照）。

図９に示すラインの経路図が準備された場合、図１０に示す搬送ネットワークを決定する。

この段階で、搬送ネットワークに対して必要な動作のためのプログラムを生成し、プログラムのシミュレーションを行う。各ステーションの自動化プログラミングの概略は、次のとおりである。「次のステーションの空き状態を確認する。次のステーションの空き状態の確認に基づき、在席ステーションと目的ステーションの両方の「占有」を宣言する。ワーク体が在席ステーションを発進すると同時に、在席ステーションの占有を開放する。」

それにもかかわらず、ロボットが進む場所のないような行き止まりで往復動作要求されるような搬送ネットワークの場合、「行き止まり／袋小路」に投入可能な装置の台数（分岐の数）を予め演算しておき、目的のステーションに加えて、袋小路の中に幾つかのステーションを確保できるようにすることもできる。

同様のプログラムが、全てのステーションに対して生成される。

（シミュレーションによる絞り込み）

５．４で得られた配列の候補全ては、シミュレーションされ、ここで、各配列について実際の生産性タクトを得る。各配列の候補は、実際の作業タクトと搬送時間についてシミュレーションされ、そのデータは更に処理されて２〜３の候補を抽出する。平均アウトプット周期は評価関数であり、最も高い平均アウトプット周期の配列が最終候補として抽出される。

このシミュレーションは同時に次のパラメータを平均数値として算出する。

モジュールの稼働率

排出の待ち行列にある自動誘導式パレット（以下「ＡＧＰ」と呼ぶ）に起因する作業終了後の待ち時間

作業を受けずにモジュールを通過するAGPの比率

この結果は、次に説明するボトルネック解析に利用される。

（シミュレーションによるボトルネックの改善）

５．５の結果により低い稼働率のモジュールに関して、それらモジュールはその低稼働率の原因に基づき下記３、４のカテゴリーに分類される。

（１）いかなる作業も行わずにそこを通過するAGPが多いモジュール

（２）排出が必要な待ち列行の多いモジュール

（３）取り込み作動がないために待ち行列が多いモジュール

（４）１つのレールに割り付けられた過度の双方向動作が多いために待ち行列が多いモジュール

（１）及び（２）の問題を解決するため、そのモジュールについては問題の工程に続くダミーステーションの追加が提案される。このようにすると、（１）のAGPは速やかに通過し、排出を待つ（２）の待ち行列は他の工程と同期化される必要がなく、しかしてモジュールのデータ処理が高速化される。

（３）に関しては、前工程をバイパス路に接続することが提案される。このようにすると、AGPはバイパス路から取り込まれ得る。

（３）に関しては、１経路を３車線とすることが提案され、輸送全体のスループットを増加させることができる。

これらの提案に基づき、設計者自身が判断をし、提案に沿った変更をインタラクティブに実行する。設計者は、生産ラインに投入可能なAGP台数を計算することにより、搬送ネットワークの最終形とその生産性を最適化する。

（マニュアルモードによる変更）

シミュレーション過程においてレイアウトを変更すべきであると考える場合は、間乳アラルモードで、レイアウトを変更し、新しいレイアウトの生産性やコスト等を確認する。自動プログラミングを用いた自動レイアウトによる、完全なレイアウトは未だ得られていない。従って、このマニュアルモードでの変更、改善には人間の思考が不可欠である。

（まとめ）

ＡＧＰの導入により、融合又は「結合」したフロー型−ジョブ型レイアウトにおける工程間の搬送が可能となる。この方法は、生産量の拡大にたよらずに装置の生産性タクトをバランス化させることができる。高額の装置に複数回アクセスが必要な場合、装置設置が面積限られる場合及び少生産量について投資額の最適化よりも最小を優先する場合に代表される様々な要求に合致するレイアウトを柔軟に創出することができる。

工程の順序と作業フローが相互に一致しないという理由で、人間の思考だけでこの要求に合致するレイアウトを決定することは困難である。コンピュータが、「総当たり」の評価データを提供する。それにも関わらず、「総当たり」評価しなければならないデータ量は膨大であり、シミュレーションの形で、正確な評価を提供することはコンピュータでさえ不可能である。この問題を解決するために、初期的候補を提供するために基本的な評価が提供され、次にその候補がシミュレーションにより評価される。さらに、コンピュータ補助によるレイアウトは不完全であり、搬送路追加などの多少の改善が必要となり得る。このため、この生産レイアウト設計の方法が人間とコンピュータの相互干渉作用を包含することが不可欠である。この新しい概念を実現するために、工程のどこにボトルネックがあるかを診断する解析者を提供することが重要である。

図１１は、以上の概念示す。

（AGP：アドバンテージリスト：小型インテリジェント搬送車が、生産システムの常識を変える。）

フロー型及びジョブ型生産方法の利点を持つ本発明の自動誘導式パレットシステムは、生産タクト、軌跡、稼働率、設備コストなど様々なパラメータを用いて最適化できる。

ライン在庫を最小化しつつ、効率的生産ラインを構築できる。

工程の順序に装置を配列する必要がない。

高価な高速装置に対し作業付加を集中する。

（デモンストレーションでは、１台のレーザー走査精密測定器が順不同の３工程に対し計測作業を提供する。）

生産タクトは、長時間の洗浄作業が必要な装置を並列に配置することでバランスが図られる。

主ワーク体及び機械部品パレットは同一の搬送路上を搬送することができる。

非接触給電＝離間分散配置された各ステーションでの給電＝により清浄な搬送が確保される。

±０．５ｍｍの基準位置認識精度により、マーキング、人手や画像検査用の特別な位置決めを必要としない。

パレットＩＤを読出し書込み可能なリード−ライト式の不揮発メモリ。

Ｗｉｎｄｏｗｓを基本とする複雑な搬送路をとる搬送車に対する監視能力。

多様な最適化に合致する搬送及びレイアウト設計支援ツール

以上の説明と図面が本発明を開示するものであるが、当業者にとっては、本発明の要旨と知見範囲から外れることなく、変更が可能なことは明らかである。

Claims (5)

1. 設計条件が作業領域及び該作業領域内に接続された搬送路の環境よりなる製造ラインの設計であって、その設計条件及び該設計条件各々の重要度を入力する入力手段と；
   前記設計条件及び前記重要度から計算されることにより適切な製造ラインの複数候補がそこから出力される計算手段と；
   前記製造ライン個々の前記幾つかの候補をシミュレーションするシミュレーション手段と；
   最適化製造ラインの一又は複数のプログラムを生成及び出力する出力手段と；
   を備える自動輸送システムを有する製造ライン。
   
2. 前記設計条件は、前記製造ラインに要求される作業工程と；前記要求される作業工程各々の作業時間と；前記ラインの産出製品と；前記作業領域内で得られる作業スペースと；前記作業領域内で接続された搬送路と；投資価値とを含む請求項１記載の自動輸送システムを有する製造ライン。
   
3. 前記シミュレーション手段は前記作業領域内で搬送時間と前記作業スペースの稼動率とをシミュレーションする請求項１記載の自動輸送システムを有する製造ライン。
   
4. 各工程の作業時間、作動率及びプラントコスト又は設備コストよりなるグループから製造ライン設計のシステム設計要件を少なくとも１つ入力する工程と；
   前記設計要件に対する重要性のウェイト要素を入力及び適用する工程と；
   最適製造ラインの可能性ある候補を出力する工程と；
   前記出力された候補について実行シミュレーションを実行する工程と；
   最適製造ラインの結果の構成設計を表示する工程と；
   を備える製造ライン設計支援システム。
   
5. 自動誘導式パレット（ＡＧＰ）用の作業領域と；
   自動誘導式パレット（ＡＧＰ）と；
   作業領域の周りで自動誘導式パレット（ＡＧＰ）を誘導するフロー型（ＦＴ）制御システムと；
   自動誘導式パレット（ＡＧＰ）が作業領域内のジョブサイトに置かれた際に自動誘導式パレット（ＡＧＰ）の上で実行される特定の機能を制御するジョブ型（ＪＴ）制御システムと；
   フロー型（ＦＴ）制御システムとジョブ型（ＪＴ）制御システムが前記作業領域内で同時に協働して生産を最適化するように両システムの機能を協調させるシステムコントローラと、
   を備える自動生産ラインシステム。
   
   

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