JP2011008501A - 生産計画システム - Google Patents

Abstract

【課題】計算時間が短く、かつ、精度の高い生産計画方法および生産計画システムの構築を可能とする。
【解決手段】複数の製品が流れる生産ラインにおける生産計画方法において、初期データを取得し（１０１）、納期遅れを最小とするために、対象工程の設備に対して製品の処理順序を作成し（１０２）、製品が各設備を通過する設備負荷確率を計算し（１０３）、上記設備負荷確率を使って、製品が設備を通過する際の渋滞する比重である設備重複度を計算し（１０４）、上記設備重複度を使って、該当工程から最終工程までの完了予測時間を計算し（１０５）、上記の完了予測時間を使って、総納期遅れ時間が最少となる処理時間を決定する（１０６）。これによって当該生産ラインを流れる複数の製品全体として納期遅れを最小とすることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は，産業機械やモータ，エレベータなどの個別受注製品の生産計画立案業務に関して、短時間で精度の高い生産計画を作成する生産計画システム及び生産計画方法に関する技術分野に関する。

産業機械やモータ、エレベータなどの個別受注製品では，顧客が要求した納期までに製品を製造し、出荷できる生産計画の作成が重要である。従来、生産計画の作成技術では、生産ラインシミュレータを活用して、個々の製造ラインの生産能力を評価し、顧客の納期を順守する様に、生産計画を作成してきた。例えば、特許文献１では、半導体製品を対象に生産ラインシミュレータを用いて、製造ラインの生産能力を評価し、生産計画や製造指示を作成している。

一方、作業時間のばらつきや部品入荷遅れなどの理由で、生産計画と実績との乖離が生じた場合、納期遅れが発生する可能性がある。この場合、各工程における仕掛りに対して、納期に間に合うように作業の処理順序を決定する。これをデスパッチングと呼ぶ。デスパッチングの手法には、到着時刻の早いものから処理する先着順方式 (FIFO, first-in first-out) 、 処理時間の短いものから処理する処理時間順方式(SPT, shortest processing time) 、納期の近いものから処理する納期順方式(EDD, earliest due date)、納期余裕度方式などがある。

その中でも、納期順守の観点では、納期余裕度方式が使われている。納期余裕度方式では、最終工程完了までの残処理時間と、納期までの残時間の比によって計算される納期までの余裕度の小さいものから、処理を行う製造指示方法が用いられてきた。例えば、特許文献２では、半導体製品を対象に、作業の進捗度合いから、製品の優先順位を作成している。

特開2003-288476 特開2004-295679

産業機械やモータ、エレベータ、エスカレータなどの個別受注製品では、顧客の受注により製品の仕様が異なり、同じ部品を繰返し、製造することが少ない。また、品名が同じでも、個別に設計仕様が異なる場合があり、作業時間や作業する工程が異なる。そのため、納期を守るためには、各工程の日々の実績を把握し、生産順序を変更して、作業指示を行う必要がある。しかし、生産ラインシミュレータを使用して、生産順序を変更する場合、全体工程に対して、再度、生産計画を立案するため、計算時間が長くかかり、実用的ではない。

一方、デスパッチング方式では、該当工程の仕掛りに対して、処理順序を決定するため、計算時間は短い。しかし、後工程以降の生産能力を考慮していないため、決定した処理順序を実行した際、納期遅れが発生する課題がある。

そこで、本発明では、このような課題に対し、対象工程の設備に対して処理順序を作成する際、製品が設備を通過する際の渋滞する比重を設備重複度と定義し、この設備重複度を各工程で計算し、完了予定日を計算することで、納期遅れを予測することを特徴とする生産計画システムおよび生産計画方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明では、複数の製品が流れる生産ラインにおいて、対象工程の設備に対して製品の処理順序を作成する手段と、製品が各設備を通過する設備負荷確率を計算する手段と、上記設備負荷確率を使って、製品が設備を通過する際の渋滞する比重である設備重複度を計算する手段と、上記設備重複度を使って、該当工程から最終工程までの完了予測時間を計算する手段と、上記の完了予測時間を使って、総納期遅れ時間が最少となる処理時間を決定する手段を持つことを特徴とする生産計画システムである。

本発明により、産業機械やモータ，エレベータ，エスカレータなどの個別受注製品において、容易に納期遅れを予測できる。これにより、納期を順守できる生産計画を短時間で、正確に作成することができる。

また、複数の製品を生産ラインに流す場合、複数の製品トータルとして、最も納期おくれを小さくする生産計画を構築することが出来る。さらに、特定の製品に対して納期遅れを生じさせない生産計画を同時に作成することが出来る。

本発明の一実現形態である製造指示システムの動作フローを示す図である。 本発明の一実現形態であるハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実現形態である外部記憶装置を示す図である。 本発明の一実現形態である受注情報を示す図である。 本発明の一実現形態である仕掛り情報を示す図である。 本発明の一実現形態である作業実績情報を示す図である。 本発明の一実現形態である工程経路情報を示す図である。 本発明の一実現形態である生産能力情報を示す図である。 本発明の一実現形態である処理優先順位の出力結果である。 対象工程の処理順序を計算する詳細フローである。 総納期遅れが最小となる処理順序を決定するフローである。 製品の進捗状況を示す出力画面である。 設備重複度を示す出力画面である。 設備重複度の大きい設備に製品が割りつかないようにした結果、他の設備の設備重複度が変化した結果を示す出力画面である。 設備重複度を改善した場合の納期予測結果を示す画面である。 本発明の一実現形態の対象製造ラインを示す図である。 本発明の一実現形態の設備重複度の考え方を示す図である。 本発明の一実現形態である設備負荷確率情報を示す図である。 本発明の一実現形態である設備重複度情報を示す図である。

本発明は、ある生産ラインにおいて、複数の製品を流す場合、複数の製品全体としての納期遅れを最小にする生産計画方法を与えるものである。同じ工程であっても、製品によって使用する設備が異なる場合がある。本発明は、各工程において各製品で使用する設備数の逆数である、設備負荷確率という概念、各製品が各設備を通過する際の渋滞する比重である設備重複度という概念を導入し、複数の製品全体として、納期遅れを最も小さくするように、全ての工程における処理順序を決める。

また、製品毎に納期遅れを評価する場合は、製品毎に、各工程に要する予測時間と、設備負荷確率を計算する。各工程に要する予測時間と、設備負荷確率の計算結果から、その工程における設備重複度の大きい設備を特定する。そして、その工程における設備重複度の大きい設備の使用を避け、他の設備を用いることによって、特定製品の完成までの時間を短縮し、納期遅れを回避または、納期遅れを最小にすることが出来る。以下、実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。

最初に本発明の対象とする工程を説明する。
本発明では、ショベルやダンプ、モータなど大型機械組立製品の製造ラインを対象とする。図１６に製造ラインを示す。最初に、切断、穴あけ、プレスなどの部品加工の工程１（１６０１）、工程２（１６０２）があり、加工された部品をつなぎ合わせる溶接の工程３（１６０３）、工程４（１６０４）がある。次に溶接された部品を組み立てる工程５（１６０５）がある。工程６（１６０６）で、組み立てされた製品を塗装し、試験を工程７（１６０７）で行い、最終製品として出荷する。

この製造ラインにおいて、各製品は、サイズや仕様などの理由で、製品毎に使用する設備が異なる。図１６では、製品Ａ、製品Ｂを事例として説明する。例えば、工程１（１６０１）では、製品Ａは、設備１０１、設備１０２、設備１０３を使用し、製品Ｂは、設備１０３、設備１０４を使用する。すなわち、設備１０３は、製品Ａ，製品Ｂの共有設備である。デスパッチング手法などで、工程１の処理順序を考える場合、空いた設備へ順番に製品を割りつけることになり、設備１０３は処理する機会が多く、稼働率が高くなる。

しかし、デスパッチング手法では、該当工程の設備負荷のみを考慮し、後工程以降の設備負荷による納期遅れの影響を考慮していない。例えば、工程５（１６０５）では、製品Ａは、設備５０１、設備５０２、設備５０３を使用し、製品Ｂは、設備５０３を使用するため、設備５０３は、製品Ａ，製品Ｂの共有設備で、設備稼働率が高い。すなわち、製品Ｂは、設備負荷の高い設備５０３の前で待ち時間が長くなると予想され、最終完成予定日が遅くなる可能性がある。本発明では、後工程の設備負荷を設備重複度と定義し、後工程での待ち時間から完了予定日を計算し、納期遅延を起こさないような処理順序を決定する。

図１７で、工程５の組立を対象に、設備重複度と、完了予定日の算出方法を説明する。工程５では、生産能力６台/日（設備１台あたり２台/日）、製品Ａを４台/日、製品Ｂを２台/日とし、作業時間はそれぞれ４時間で生産する。その場合、製品Ａが設備５０１、設備５０２、設備５０３を通過する確率は、それぞれ、１／３となる。同様に、製品Ｂが設備５０１、設備５０２、設備５０３を通過する確率は、それぞれ、０、０、１となる。

このように、製品がそれぞれの設備を通過する確率を設備負荷確率と定義する。この各設備の設備負荷確率を、製品毎で加算し、設備の生産能力で割った値を、製品が設備を通過する際の渋滞する比重とし、各設備の設備重複度と定義する。具体的には、設備５０１は、製品Ａが１日４台、製品Ｂは通過しないので、（１／３＊４＋０＊２）／２＝２／３、となる。同様に設備５０２は、（１／３＊４＋０＊２）／２＝２／３、となる。また、設備５０３は、（１／３＊４＋１＊２）／２＝５／３、となる。この値が大きいほど、設備を使う際に待ち時間が発生し、時間が掛かると考える。

ここで、待ち時間の比率の評価として工程時間比率を定義する。工程時間比率は、製造リードタイム（設備の稼働時間＋待ち時間）／設備の稼働時間、である。工程時間比率が２の場合、設備の稼動時間と同じ時間の待ち時間が発生していることを意味する。

ここで、工程時間比率を２とした場合、製品Ａの工程５の完了予定時間は、作業時間４時間＊工程時間比率２＊（２／３＋２／３＋５／３）／設備数３台＝８時間となる。また、製品Ｂの工程５の完了予定時間は、作業時間４時間＊工程時間比率２＊（０＋０＋５／３）／設備数１台＝１３．３時間となる。すなわち、製品Ａに比べ、製品Ｂは、工程５では待ち時間が長くなる。この時間を全工程で加算することで、最終完了時間を予測し、納期と比較することで、納期遅れを予測する。本発明では、この納期遅れを最小にするように、処理時順序を変更する。

次に、本発明の生産計画作成システムは、図２に示すような、CPU（２０１０）とメモリ（２０２０）とハードディスク装置等の外部記憶装置（２０３０）と、CD−ROMやDVD−ROM等の可搬性を有する記憶媒体からデータを読み取る読取装置（２０７０）とキーボードやマウス等の入力装置（２０５０）と、CRTやLCD等の出力装置（２０６０）とインターネット等のネットワーク（２０８０）を介して通信を行う通信装置（２０４０）と、これらの各装置を接続するバス等を備えた、一般的な構成を有するコンピュータシステム、あるいはこのコンピュータシステムを複数備えたネットワークシステム上に構築できる。

また、外部の受注処理システム（２０９０）、生産ライン管理システム（２１００）、および生産計画立案システム（２１１０）と、本発明のシステムはネットワーク（２０８０）を介して接続している。受注処理システム（２０９０）は、例えば、顧客からの受注別に製品仕様や、顧客情報、納期などの受注情報を管理している。生産ライン管理システム（２１００）は、1台で全ての製造ラインの作業実績情報を管理する場合もあり，また生産ラインの数だけ複数設置される場合もある。そして、生産管理システムは、各工程の生産能力や、製品毎の工程経路や処理できる設備などの工程経路情報などを管理する。

また、本発明における生産計画システムの外部記憶装置（２０３０）は、例えば図３に示すように、受注処理システム（２０９０）で登録される顧客からの受注情報（３０１０）、生産ライン管理システム（２１００）から読み込まれて、登録される仕掛り情報（３０２０）、作業実績情報（３０３０）、生産管理システム（２１１０）から読み込まれて、登録される工程経路情報（３０４０）と、生産能力情報（３０５０）、本処理で登録される設備負荷確率情報（３０６０）、設備重複度情報（３０７０）、を有する。

以下、図３に記載の各情報のファイルフォーマットの一実施形態について説明する。図４は、図３に記載の受注情報（３０１０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図４において、ファイルフォーマット（４０１）は、顧客である納め先から注文を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、製品を納め先に出荷する納期を登録するためのフィールド、顧客の納め先を登録するためのフィールドを備えている。

図５は、図３に記載の仕掛り情報（３０２０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図５において、ファイルフォーマット（５０１）は、顧客である納め先から注文を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品が現在仕掛っている工程を登録するためのフィールド、を備えている。

図６は、図３に記載の作業実績情報（３０３０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図６において、ファイルフォーマット（６０１）は、顧客である納め先から注文を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理を終えた工程を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理をすべき工程の設備名を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理にかかる時間を登録するためのフィールド、を備えている。

図７は、図３に記載の工程経路情報（３０４０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図７において、ファイルフォーマット（７０１）は、顧客である納め先から注文を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理を必要とする工程を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の設備名を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の該当設備で処理に要する時間を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の設備数を登録するためのフィールド、を備えている。

図８は、図３に記載の生産能力情報（３０５０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図８において、ファイルフォーマット（８０１）は、製品が製造処理を必要とする工程を登録するためのフィールド、該当工程が1日当たりに製造を可能とする生産能力を登録するためのフィールド、製品が該当工程を通過するために必要とする工程時間比率を登録するためのフィールド、を備えている。

次に、本発明に関わる製造指示システムのＣＰＵ（３０１０）が実行する処理プログラムについて、図１を用いて順に説明する。最初に、処理（１０１）は、外部記憶装置に登録されている、顧客からの受注情報（３０１０）、仕掛り情報（３０２０）、作業実績情報（３０３０）、工程経路情報（３０４０）、生産能力情報（３０５０）をメモリ（２０２０）に格納する。

次に、処理（１０２）は、初期値として対象工程の処理順序を計算する。本処理の詳細は図１０を用いて順に説明する。最初に、仕掛り情報（３０２０）に格納されている該当工程の仕掛り情報を取得する（１０２１）。次に、工程経路情報（３０４０）から、該当製品、該当工程の設備情報、作業時間を取得する（１０２２）。次に、製品別に納期までの余裕度を算出するする（１０２３）。例えば、製品iの最終工程完了までの残処理時間Pi、納期までの残時間をTiとすると、納期余裕度Ciは、（式１）となる。

最後に、納期余裕度の小さな製品から、該当設備に割付、処理順序とする（１０２４）。

次に、図１の処理（１０３）は、製品が各設備を通過する確率を設備負荷確率と定義し、以下の様に設備負荷確率を算出する。例えば、製品i,工程j、設備k、対象製品iの工程jでの処理可能な設備数をM_ijの場合で、製品iが、設備ｋで処理可能な場合、設備負荷確率P_ikは（式２）となる。

ここで、製品iが、設備ｋで処理ができない場合、設備負荷確率P_ikは０とする。

次に、処理（１０４）は、処理（１０３）で算出した設備負荷確率P_ikと、生産能力情報（３０５０）に格納されている工程jの平均生産能力Thjを用いて、設備重複度W_jkを算出する。ここで、平均生産能力Thjは例えば、１日当たり何個出来るかといる指標である。例えば、製品i,工程j、設備k、全製品数ｎの場合で、設備重複度W_jkは（式３）となる。

次に、処理（１０５）は、処理（１０４）で算出した設備重複度W_jkと、工程経路情報（３０４０）に格納されている工程jの作業時間KTj、工程時間比率KPjを用いて、製品iの完了予測時間LT_iを算出する。例えば、該当工程数ｍ、全製品数ｎの場合で、完了予測時間LT_iは（式４）となる。

（式４）において、完了予測時間LT_iは工程ｊ＝ａから最終工程ｍまでを加算している。ここで、工程ｊ＝ａから最終工程ｍまでを加算する前の状態を示す（式５）は、図１７において、例えば、工程５における製品Ａの完了予定時間あるいは製品Ｂの完了予定時間に対応する。

最後に、処理（１０６）で、総納期遅れ時間が最少となる処理順序を決定する。総納期遅れ時間TDTは、製品iの納期DT_i、該当工程jの作業完了時間NT_ｊとすると、（式６）となる。ここで、総納期遅れ時間TDTは特定製品の納期遅れではなく、ラインを流れる全ての製品全体としての納期遅れのことである。

処理順序を変化させ、総納期遅れ時間TDTが最少となる処理順序を最終的に決定する。本処理の詳細は図１１を用いて順に説明する。最初に、（式６）を用いて、総納期遅れ時間を計算する（１０６１）。次に、該当工程の仕掛りに対して、全ての処理順序変更が終了しているか評価する（１０６２）。すべての処理順序変更が終了していない場合は、対象工程の処理順序を変更する（１０６３）。すべての処理順序変更が終了した場合は、総納期遅れ時間が最少となる処理順序を選択する（１０６４）。その結果を設備負荷確率情報（３０６０）、設備重複度情報（３０７０）として、外部記憶装置に登録する。

図１８は、図３に記載の設備負荷確率情報（３０６０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図１８において、ファイルフォーマット（１８０１）は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理を必要とする工程の工程Ｎｏおよび工程名称を登録するためのフィールド、処理（１０６）で計算した着工予定日を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の該当設備で処理した実績を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の該当設備で処理する作業時間を登録するためのフィールド、処理（１０６）で計算した作業完了時間を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程で必要とする工程時間比率を登録するためのフィールド、処理（１０６）で計算した設備負荷確率を登録するためのフィールド、該当製品が製造処理する工程の設備数を登録するためのフィールド、を備えている。

図１９は、図３に記載の設備重複度情報（３０７０）のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図１９において、ファイルフォーマット（１９０１）は、製造処理を必要とする工程を登録するためのフィールド、設備Ｎｏを登録するためのフィールド、製造処理を必要とする工程の設備名を登録するためのフィールド、処理（１０６）で計算した設備重複度を登録するためのフィールド、を備えている。

最後に、製造指示システムのＣＰＵ（２０１０）が、CRTやLCD等の出力装置（２０６０）を介して、利用者に結果を示す、出力画面について説明する。図９に示す出力画面（９０１）では、選択手段（９０２）によって選択した工程において、仕掛かっている製品を表示する。本出力画面は、仕掛り情報（３０２０）から取得した製品番号、処理（１０６）によって作成される処理順序によって決まる着工日、処理（１０６）によって算出される完了予定日、受注情報（３０１０）に格納されている納期を表示する。前記出力画面（９０１）により利用者は、該当工程で仕掛っている製品に対する処理順序と、その処理順序によって処理される部品の最終完了予定日を参照することができる。

図９に示す出力画面（９０１）において、選択手段（９０３）によって選択した製品番号に関して、図１２に示す製品進捗の出力画面（１２０１）へ遷移する。図１２に示す製品進捗の出力画面（１２０１）では、選択手段（１２０２）によって選択した製品番号に関して、工程ＮＯ、工程名称、着工予定日、実績、作業時間、工程を通過するために要する予測時間、工程時間比率、設備負荷確率、設備数を表示する。

前記出力画面（１２０１）により利用者は、該当製品の完了予定日が、納期に対して遅れている場合、問題となる工程を特定することができる。たとえば、図１２では、その工程を完了する予測時間が長いにもかかわらず、工程５で設備負荷確率が低いことが分かる。この場合、製品進捗の出力画面（１２０１）で、設備負荷確率が低い工程５の選択手段（１２０３）を選ぶと、図１３に示す設備重複度の出力結果（１３０１）へ遷移する。

図１３に示す設備重複度の出力結果（１３０１）では、製品Ａ、工程５の各設備の設備重複度を表示する。前記出力画面（１３０１）により利用者は、設備重複度が大きい設備を確認し、選択手段（１３０３）によって、その設備に製品Ａが割りつかないようにすることができる。例えば、設備重複度が大きい設備２、設備９に製品Ａが割りつかないように、選択手段（１３０３）を押下すると、図１４の出力結果（１４０１）に遷移する。

図１４の出力結果（１４０１）では、設備２、設備９の行が削除され、そのほかの設備の設備重複度が大きくなる。 図１４の出力結果（１４０１）において、利用者は、納期予測シミュレーション（１４０４）を実施することができる。これにより、再度、製品Ａの完了予定日を再計算する。その結果を図１５に示す。製品Ａの完了予定日が、2/20から、2/19に変更され、納期に間に合うことが確認できる。

２０１０…ＣＰＵ、 ２０２０…メモリ、 ２０３０…外部記憶装置、 ２０４０…通信装置、 ２０５０…入力装置、 ２０６０…出力装置、 ２０７０…読取装置、 ２０８０…ネットワーク、 ２０９０…受注処理システム、 ２０１０…生産ライン管理システム、 ２１１０…生産管理システム、 ３０１０…受注情報、 ３０２０… 仕掛り情報、 ３０３０…作業実績情報、 ３０４０…工程経路情報、 ３０５０…生産能力情報、 ３０６０…設備負荷確率情報、 ３０７０…設備重複度情報。

Claims (2)

1. 複数の製品全体の生産計画を行う生産計画システムであって、
   納期裕度の小さな製品から対象工程の設備に割り付けるように処理順序を作成する手段と、
   製品が各設備を通過する設備負荷確率を、各製品の各工程の設備数の逆数により計算する手段と、
   前記設備負荷確率と、生産能力から、製品が設備を通過する際の渋滞する比重である設備重複度を計算する手段と、
   前記設備負荷確率と、前記設備重複度と、工程時間比率を使用し、該当工程から最終工程までの完了予測時間を計算する手段と、
   前記完了予測時間が最小となるように、設備重複度の高い設備の使用を避ける計算手段を有することを特徴とする生産計画システム。
2. 複数の製品全体の生産計画を行う生産計画システムであって、
   納期裕度の小さな製品から対象工程の設備に割り付けるように処理順序を作成する手段と、
   製品が各設備を通過する設備負荷確率を、各製品の各工程の設備数の逆数により計算する手段と、
   前記設備負荷確率と、生産能力から、製品が設備を通過する際の渋滞する比重である設備重複度を計算する手段と、
   前記設備負荷確率と、前記設備重複度と、工程時間比率を使用し、該当工程から最終工程までの完了予測時間を計算する手段と、
   前記完了予測時間を使って特定製品の納期遅れを予測し、前記特定製品において設備重複度の高い設備の使用を避けることによって前記特定製品納期の遅れを防止する計算手段を有することを特徴とする生産計画システム。

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