JP2007004391A - 生産・物流スケジュール作成装置及び方法、生産・物流プロセス制御装置及び方法、コンピュータプログラム、並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Abstract
する。
【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生産・物流プロセスを模擬する、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、上記物流状態と物流制約とを、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製品種ごとに状態方程式で構成した数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、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し、最適化計算処理と生産・物流シミュレータによるシミュレーションを組み合わせる処理を繰り返すことにより生産・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。
【選択図】 図1
Description
本発明の生産・物流プロセス制御装置は、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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、前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前記生産・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し、前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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・物流プロセスの制御を行う点に特徴を有し、また、前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて各要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする。
本発明の生産・物流スケジュール作成方法は、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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、前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前記生産・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、前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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前記生産・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ようにした点に特徴を有し、また、前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて各要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする。
本発明の生産・物流プロセス制御方法は、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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、前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前記生産・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により生産・物流プロセスを制御する方法であって、前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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・物流プロセスの制御を行うようにした点に特徴を有し、また、前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて各要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、前記本発明の生産・物流スケジュール作成方法又は前記本発明の生産・物流プロセス制御方法をコンピュータに実行させる点に特徴を有する。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記本発明のコンピュータプログラムを記録した点に特徴を有する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態を示し、物流スケジュール作成装置の一例を説明するブロック図である。本実施形態の物流スケジュール作成装置は、物流シミュレータ1aを備えたシミュレーション制御部1、最適化計算装置2等によって構成されている。
M(k+1) =a・M(k) +b・u(k) ・・・(1)
すなわち、離散化したある時刻k において各プレースに存在するトークンの数を示す状態ベクトル、言い換えれば状態量をM(k) で表し、各トランジション発火の有無を"1"及び"0"で表現した操作ベクトルをu(k) で表わすと、次の時刻k+1 における状態ベクトルM(k+1) は、遷移行列a、接続行列bを用いて上式(1)で表わすことができる。
S=Σ{M'QM+u'Ru} ・・・(イ)
評価関数Sにおいて、Q,Rは制御目的にあわせて設定された適当な行列であり、M',u'は、それぞれ状態ベクトルM、操作ベクトルuの転置ベクトルである。そして、評価関数Sが最小となるように制御することを考えれば、
u(k) =−K・M(k) ・・・(ロ)
とした状態フィードバック制御を行うフィードバックゲインKを最適制御理論より求めることができる。
〔モデル構築〕
図7は、複数工程よりなる製造プロセスのペトリネットモデルの一例を示したものであり、離散きざみ時間ΔTは5分に設定してある。この製造プロセスは、工程1,2,3,4 からなる前処理工程と工程5,6 からなる後処理工程とから構成され、プレースP1(投入プレース)で示した前処理工程入側バッファと、プレースP6,P8 で示した後処理工程入側バッファと、プレースP10 で示した搬出用プレースとを具備している。
引き続き製品種No.1を例にとり、フィードバックゲイン行列Kを求める過程を説明する。式(1)の状態方程式における遷移行列aは、図8に示された製品種No.1のペトリネットモデルに対しては、次の式(6)で表現されるサイズ8×8の行列として求められる。ただし、式(6)において、列方向の番号はプレース番号を示し、行方向の番号のうち、下1桁以外の数字はプレース番号を示し、下1桁の数字は各プレースに存在する状態(きざみ時間遅れ)の番号を示している。
Q=20×I(8) ・・・(8)
及び
R=I(6) ・・・(9)
を設定した。ただし、式(8)、(9)においてI(n) はn次の単位行列である。
P=ATPA−ATPB(BTPB+R)-1BTPA+Q ・・・(10)
を満足する解Pを求めれば、フィードバックゲイン行列Kは、
K=−(BTPB+R)-1BTPA ・・・(11)
により計算することができる。ここで、(BTPB+R)-1は行列(BTPB+R)の逆行列である。なお、リッカチ方程式の解法は、上述した参考文献にも詳述されているように既知の方法が多々知られている。
次に、シミュレーションについて、図5に示したフローチャートに沿って説明する。まず、ペトリネットモデルの初期状態における状態ベクトルM(0) を入力するとともに、投入予定の全製品種を投入プレースに入力し、時刻kの値を0に初期化したのち(ステップS901)、現時点(時刻:k)における全製品種の状態ベクトルを入力し(ステップS902)、新規投入製品種を製品種ごとに入力して状態ベクトルに加えると、現時点における最終的な状態ベクトルM(k) が定まる。さらに、製品種ごとに、フィードバックゲイン行列Kと状態ベクトルM(k) とをかければ、操作ベクトルu(k) が計算できる(ステップS903)。
M(k) = [ 0 0 0 1 0 0 0 0 ]′ ・・・(13)
となる。ただし、式(13)において記号′は転置ベクトルであることを表す。また、式(13)の各要素は、それぞれ各プレースP1,P2,P6,P7,P10 の状態番号11,21,22,61,71,72,73,101に対応する製品種No.1のトークン数を表す。
u(k) = [-0.249 -0.255 -0.3430 0.300 0.002 0.004 ]′ ・・・(14)
と求められる。ただし、式(14)の各要素は、それぞれトランジションT1,T2,T3,T10,T11,T14 に対する操作量である。
u(k) = [ 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ]′・・・(20)
となり、トランジションT10 のみが発火する。その結果、製品種No.8に対する時刻kにおける状態ベクトルが
M(k) = [ 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 ]′ ・・・(21)
から時刻k+1における状態ベクトルへ
M(k+1) = [ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 ]′ ・・・(22)
と更新される。
本実施形態では、評価行列Q,Rを構成する個々の要素ごとに重み付けを変えて任意の値を設定することにより、ペトリネットモデル中の個々のプレース或いはトランジションをそれぞれ独立して制御することができるようにしている。これらにより、例えば、ある処理工程で処理する複数の製品種のうち、任意の製品種をその他の製品種に対して常に優先して処理するようにすることと同時に、そのような製造プロセスの物流制御及びスケジュール作成を自動的に最適化することができる。
1a 物流シミュレータ
1b 最適制御方策部
2 最適化計算装置
3 数式モデル
Claims (17)
- 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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、
前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
前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前記生産・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、
前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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前記生産・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ようにしたことを特徴とする生産・物流スケジュール作成装置。 - 前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、該フィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出する場合に、フィードバックゲインと工程内製品種仕掛状態を表わす状態ベクトルとから、製品種の移動操作端に対する操作ベクトルを求めたのち、各移動操作端に対して、前記求めた操作ベクトルの中で正値の大きい操作量が得られる製品種順に、各製品種を移動可能な数だけ移動させるように操作す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。
- 前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて行列要素(要素)ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の生産・物流スケジュール作成装置。
- 各工程における前記製品種ごとの処理優先度に応じて重み付けを設定した評価行列の各行列要素を任意に変更する重み変更手段を具備することを特徴とする請求項3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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、
前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
前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前記生産・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、
前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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。 - 前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出する場合に、フィードバックゲインと工程内製品種仕掛状態を表わす状態ベクトルとから、製品種の移動操作端に対する操作ベクトルを求めたのち、各移動操作端に対して、前記求めた操作ベクトルの中で正値の大きい操作量が得られる製品種順に、各製品種を移動可能な数だけ移動させるように操作することを特徴とする請求項5に記載の生産・物流プロセス制御装置。
- 前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする請求項5又は6に記載の生産・物流プロセス制御装置。
- 各工程における前記製品種ごとの処理優先度に応じて重み付けを設定した評価行列の各要素を任意に変更する重い変更手段を具備することを特徴とする請求項7に記載の生産・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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、
前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
前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前記生産・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、
前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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前記生産・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ようにしたことを特徴とする生産・物流スケジュール作成方法。 - 前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出する場合に、フィードバックゲインと工程内製品種仕掛状態を表わす状態ベクトルとから、製品種の移動操作端に対する操作ベクトルを求めたのち、各移動操作端に対して、前記求めた操作ベクトルの中で正値の大きい操作量が得られる製品種順に、各製品種を移動可能な数だけ移動させるように操作する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方法。
- 前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする請求項9又は10に記載の生産・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、製品種ごとにペトリネットモデルを用いて構成した離散系の生産・物流シミュレータと、
前記生産・物流プロセスの物流状態と物流制約とを、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だ数式モデルで表現し、製品種ごとに処理時間に比例したきざみ時間遅れに従って表わされる遷移行列と接続行列とを用いた状態方程式で構成した前記数式モデルを保持する数式モデル保持装置と、
前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前記生産・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により生産・物流プロセスを制御する方法であって、
前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出して前記生産・物流シミュレータに与えて、シミュレーションを進め、新たな物流状態を得て、この新たな物流状態をもとに新たな物流指示を算出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・物流プロセスの制御を行うようにしたことを特徴とする生産・物流プロセス制御方法。 - 前記最適化計算処理によりフィードバックゲインを算出し、そのフィードバックゲインと物流状態とを用いて物流指示を算出する場合に、フィードバックゲインと工程内製品種仕掛状態を表わす状態ベクトルとから、製品種の移動操作端に対する操作ベクトルを求めたのち、各移動操作端に対して、前記求めた操作ベクトルの中で正値の大きい操作量が得られる製品種順に、各製品種を移動可能な数だけ移動させるように操作することを特徴とする請求項12に記載の生産・物流プロセス制御方法。
- 前記所定の評価関数は、各工程における各製品種の処理優先度に応じて要素ごとに重み付けを設定した評価行列を用いて表わされる評価関数であることを特徴とする請求項12又は13に記載の生産・物流プロセス制御方法。
- 請求項9〜11のいずれか1項に記載の生産・物流スケジュール作成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。
- 請求項12〜14のいずれか1項に記載の生産・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。
- 請求項15又は16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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