JP2017134565A

JP2017134565A - 自動車生産ラインのｐｂｓ出庫順列決定装置

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Publication number: JP2017134565A
Application number: JP2016013064A
Authority: JP
Inventors: ▲しん▼ 衛; Shin Ei
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: JP6593194B2

Abstract

【課題】組立ラインの生産平準化と納期管理の両方の最適化を図った出庫順列を用いて、容易に生産計画を復旧することのできる自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置を提供する。【解決手段】生産平準化評価手段（２１２）は、組立ラインにおける生産平準化に関する１つの評価項目について複数の閾値を定義し、いずれの閾値に達しているかに応じて点数をつけることにより、評価対象の出庫順列を評価する。納期管理評価手段（２１３）は、評価対象の出庫順列について、納期管理に関する現在から納期までの時間である遅延時間を評価する。パレート最適解探索手段（２１１）は、複数の出庫順列について、トレードオフの関係にある生産平準化評価手段（２１２）による評価尺度と納期管理評価手段（２１３）による評価尺度とを用いて、出庫順列のパレート最適解を探索する。出庫順列決定手段（２２）は、パレート最適解から１つの出庫順列を決定する。【選択図】図２

Description

この発明は、自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置に関する。

一般に、自動車製造管理システムは、上位のＥＲＰ（Enterprise Resource Planning）と下位のＭＥＳ（Manufacturing Execution System）システムから構成されている。ＥＲＰシステムは、販売情報・部品外注・生産スケジュールなどの情報を経営者の視点から管理する。ＭＥＳは、生産現場の視点から各工程に生産指示を出すシステムである。

自動車生産ラインは、車体ライン（プレスおよび溶接）、塗装ライン、ＰＢＳ（Painted Body Storage）倉庫、組立ラインを有する。上位のＥＲＰシステムによって作成された生産スケジュールに従って生産される。しかし、実際の溶接作業および塗装作業においては手直し作業（瑕疵修復作業）が発生する。これにより、生産スケジュールが乱れることとなり、計画した生産スケジュールと比較すると生産の順番が入れ替わってしまう。

ＰＢＳ倉庫では、塗装ラインを過ぎて組立ラインに投入される車体を一時貯蔵するため、生産スケジュールを修正することが可能である。しかし、従来のＰＢＳ倉庫出庫制御は、組立ラインにおける生産平準化を優先に考えている。その結果、組立ラインの生産順序は更に無秩序になり、組立ラインにおける生産性を悪化させ、結局は一日生産計画の通りに生産が行なわれる生産計画達成率を低下させるおそれがある（例えば、特許文献１参照）。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

特開平１１−３０１５４０号公報

K. Deb, A. Pratap, S. Agarwal and T. Meyarivan, "A fast and elitist multi-objective genetic algorithm: NSGA-II," IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol. 6, No.2, April 2002, pp.182-197.

従来のＰＢＳ倉庫出庫制御では、生産平準化と納期管理について別々に生産スケジュールを調整している。そのため、生産スケジュールを実行した場合に、組立ラインの生産平準化がなされないケース、納期を守れないケースといった、生産平準化と納期管理の両方に配慮できていない問題点があった。したがって、生産平準化と納期管理の両方の最適化を図って、ＰＢＳ倉庫から組立ラインに車体を出庫する出庫順列を調整できることが望まれる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、組立ラインの生産平準化と納期管理の両方の最適化を図った出庫順列を用いて、容易に生産計画を復旧することのできる自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、塗装済みの車体を一時貯蔵する中間倉庫（ＰＢＳ）から注文に応じた部品を車体に取り付ける組立ラインへ車体を出庫するための出庫順列を決定する自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置であって、
前記組立ラインにおける生産平準化に関する１つの評価項目について複数の閾値を定義し、いずれの閾値に達しているかに応じて点数をつけることにより、評価対象の出庫順列を評価する生産平準化評価手段と、
前記評価対象の出庫順列について、納期管理に関する現在から納期までの時間である遅延時間を評価する納期管理評価手段と、
複数の出庫順列について、トレードオフの関係にある前記生産平準化評価手段による評価尺度と前記納期管理評価手段による評価尺度とを用いて、出庫順列のパレート最適解を探索するパレート最適解探索手段と、
パレート最適解から１つの出庫順列を決定する出庫順列決定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、生産平準化の評価尺度を点数化（計量化）して評価することができる。また、納期管理の評価尺度として遅延時間を評価することができる。トレードオフの関係にある生産平準化の評価尺度と納期管理の評価尺度とを用いて、出庫順列のパレート最適解（非劣解）を探索することができる。現場のオペレータは、実際の生産ライン状況に対応した最もふさわしい出庫順列を決定することができる。よって、本発明によれば、組立ラインの生産平準化と納期管理の両方の最適化を図った出庫順列を用いて、容易に生産計画を復旧することができる。

自動車生産ラインのＰＢＳ倉庫に関するシステム構成を説明するための図である。ＰＢＳ出庫順列決定装置２の処理ルーチンについて説明するためのフローチャートである。処理２０において、ＥＲＰサーバ１から取得される車両仕様情報の一例を示す図である。組立ラインにおける生産平準化評価の一例について説明するための図である。比較対象の平準化条件マスタの例を示す図である。生産平準化計量マスタ４２に基づく平準化水準の評価例について説明するための図である。納期管理評価における遅延時間の予測について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、自動車生産ラインのＰＢＳ倉庫に関するシステム構成を説明するための図である。自動車生産ラインは、車体ライン、塗装ライン、ＰＢＳ（Painted Body Storage）倉庫、組立ラインを有する。車体ラインでは、プレス作業および溶接作業などを通じて車体を製作する。塗装ラインでは、車体の外装色を塗色する。ＰＢＳ倉庫は、塗装済みの車体を一時貯蔵する中間倉庫である。組立ラインでは、注文に応じた部品を車体に取り付ける。図１には、ＰＢＳ倉庫に関するシステム構成が描かれている。

ＥＲＰサーバ１は、自動車生産ラインの全体を管理する上位のＥＲＰ（Enterprise Resource Planning）システムである。ＥＲＰサーバ１は、車両情報とＰＢＳ出庫計画のデータをＰＢＳ出庫順列決定装置２およびＰＢＳサーバ３に送信する。

ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、コンピュータネットワークを介してＥＲＰサーバ１に接続する。ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、プロセッサ、メモリを備える汎用コンピュータにおいて所定のプログラムが実行されることで実現される。

ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、組立ラインにおける生産平準化及び納期管理を考慮しつつ、ＰＢＳ倉庫から組立ラインへ車体を出庫するための出庫順列（以下、スケジュールとも称する。）を決定する。ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、車両情報とＰＢＳ出庫計画のデータを受信し、内部演算機能により、組立ラインにおける生産平準化の最適化とともに、最大遅延時間の最小化を実現しうる複数のパレート最適解を算出する。現場のオペレータは、複数のパレート最適解から１つの出庫順列を決定する。決定された出庫順列は、ＰＢＳサーバ３に送信される。

ＰＢＳサーバ３は、コンピュータネットワークを介してＥＲＰサーバ１およびＰＢＳ出庫順列決定装置２に接続する。ＰＢＳサーバ３は、プロセッサ、メモリを備える汎用コンピュータにおいて所定のプログラムが実行されることで実現される。なお、ＰＢＳサーバ３にＰＢＳ出庫順列決定装置２が組み込まれた構成であってもよい。

ＰＢＳサーバ３は、ＰＢＳ出庫順列決定装置２により決定された出庫順列を受信し、これに従ってＰＢＳコンベアＡＧＶ制御盤４に現場の生産状況に応じた制御信号を送信する。ＰＢＳコンベアＡＧＶ制御盤４は、制御信号に従って、ＰＢＳ倉庫５に格納された塗装済みの車体を順番に組立ラインに出庫する。

［ＰＢＳ出庫順列決定装置２における処理の流れ］
図２は、ＰＢＳ出庫順列決定装置２の処理ルーチンについて説明するためのフローチャートである。

処理２０において、ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、ＥＲＰサーバ１からＰＢＳ出庫計画と車両情報を取得する。ＰＢＳ出庫計画は、ＥＲＰサーバ１が予め定めた出庫順列（スケジュール）である。車両情報は、図３に示す車両仕様情報を含む。

図３は、処理２０において、ＥＲＰサーバ１から取得される車両仕様情報の一例を示す図である。図３に示す車両仕様情報は、ＶＩＮコード、ＢｏｄｙＴｙｐｅ、Ｃｏｌｏｒ、Ｏｐｔｉｏｎ、納期を含む。一般に、車両は生産開始する時点で車両に対する唯一の番号として、車両識別番号であるＶＩＮ（Vehicle Identified Number）コードが割り振られる。生産システムでは、ＶＩＮコードを車両認識するコードとしており、このＶＩＮコードに生産仕様の情報を付与している。ここでは、一例として各車両のＶＩＮコードをアルファベットで記載する。

図２に戻り説明を続ける。処理２１において、多目的最適化計算を実施する。多目的最適化手法や発見的探索手法として、ＮＳＧＡ−ＩＩ、遺伝的アルゴリズムなどが用いられる。一般に、計算開始する前に、初期値を設定する必要がある。そのため、処理２０においてＥＲＰサーバ１より取得したＰＢＳ出庫計画を、評価対象の出庫順列の初期値とする。

処理２１は、サブルーチンとして、生産平準化評価手段としての処理２１２、納期管理評価手段としての処理２１３およびパレート最適解探索手段としての処理２１１を備える。

処理２１２（生産平準化評価手段）は、組立ラインにおける生産平準化に関する１つの評価項目（例えば、駆動方式、モデル）について複数の閾値を定義し、いずれの閾値に達しているかに応じて数値化（点数化）することにより、評価対象の出庫順列を評価する。具体的な評価手法については後述する。

処理２１３（納期管理評価手段）は、評価対象の出庫順列について、納期管理に関する現在から納期までの時間である遅延時間を評価する。具体的な評価手法については後述する。

処理２１１（パレート最適解探索手段）は、複数の出庫順列について、トレードオフの関係にある生産平準化評価手段による評価尺度と納期管理評価手段による評価尺度とを用いて、出庫順列のパレート最適解を探索する。上述した複数の出庫順列は、所定のルールに基づいて新たな出庫順列を生成し、新たな出庫順列を用いて、より評価の高い実行解の探索を繰り返すことで、複数のパレート最適解を発見できる。なお、所定のルールは、多目的最適化手法や発見的探索手法に応じて予め定められているものとする。

処理２２（出庫順列決定手段）において、現場のオペレータが複数のパレート最適解から現場の状況に応じた１つの実行解を選択することにより、１つの出庫順列を決定する。

処理２３において、ＰＢＳ出庫順列決定装置２は、ＰＢＳサーバ３に決定された出庫順列を送信する。ＰＢＳサーバ３は、決定された出庫順列に従って出庫制御を実行する。

本処理ルーチンは、決定された出庫順列（出庫スケジュール）の先頭車両をＰＢＳ倉庫５から出庫したタイミングと、新たな車体がＰＢＳ倉庫５に入庫したタイミングで実行され、ＰＢＳ倉庫５内の全ての車体に対し出庫順列が再計算される。

（生産平準化評価）
次に、図２の処理２１２における生産平準化評価の具体的な処理内容について説明する。図４は、組立ラインにおける生産平準化評価の一例について説明するための図である。

出庫順列４１は、ＶＩＮコードの順列を表す組立ライン投入スケジュール（ｘ）である。出庫順列４１は、図２の処理２１１から生産平準化評価手段である処理２１２に入力される。処理２１２は、ＰＢＳ出庫順列決定装置２に予め記憶された生産平準化計量マスタ４２に基づき、組立ライン投入スケジュール（ｘ）に対する平準化水準を評価し、計量した平準化水準点数４３（ｆ_１（ｘ））を出力する。生産平準化評価では、評価尺度として平準化水準点数を用いる。

生産平準化計量マスタ４２に基づく平準化水準の評価例の説明の前に、比較対象として一般的な平準化水準の評価例について説明する。図５は、比較対象の平準化条件マスタの例を示す図である。

比較対象の平準化条件マスタには、組立ラインにおける生産平準化の条件として、作業内容毎に限界値が定められており、条件に違反するスケジュール（出庫順列）は、スケジュールとして不適格である。図５に示す例では、４輪駆動（以下４ＷＤ）の車種については、組立ラインの設備生産能力の制限や多くの手作業が必要であるため、３台を超えて連続生産しない条件や、Ｍｏｄｅｌ（ａ）、Ｍｏｄｅｌ（ｂ）の車種については、部品供給の制限があるため、連続生産しない条件が定められている。しかし、マスタに設定された条件に違反しないスケジュールは数多くある。しかし、どのスケジュールが最適であるかは分からない。

そこで、本実施形態に係る生産平準化評価手段では、生産平準化計量マスタ４２を用いて各平準化条件の計量化を図り、平準化水準点数からスケジュールの最適性を評価することとした。

図６は、本実施形態における生産平準化計量マスタ４２に基づく平準化水準の評価例について説明するための図である。図６（ａ）は、生産平準化計量マスタ４２に含まれる平準化条件マスタである。この平準化条件マスタでは、制約条件に違反しないことを前提とし、実行可能なケースに対して０から１００までの点数を均等に分配する（点数が低いほど評価が高い）ことで、各平準化条件の計量化（点数化）を図っている。例えば、４ＷＤの車種が組立ラインの設備生産能力の制限から、３台を超えて連続生産しない条件のため、連続生産の３台、２台、１台のケースに対し、それぞれ１００点、５０点、０点の点数を付与する。

図６（ｂ）は、ＥＲＰサーバ１より転送されたＰＢＳ倉庫５に格納している各車両の車両仕様情報である（図３と同様であるが、納期は省略されている）。図６（ｃ）は、スケジュール「Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ」に対する組立ラインの生産対照表であり、図６（ａ）の平準化条件マスタ（ａ）と図６（ｂ）の車両仕様情報を参照して作成される。この生産対照表に基づけば、スケジュールの採点をすることが可能となる。

図６（ｄ）に示すように、例えば、Ｍｏｄｅｌ（ａ）に関して説明すると、「Ａ」と「Ｃ」の間にインターバルが１つあるため、図６（ａ）より１００点となる。同様にＭｏｄｅｌ（ａ）の「Ｃ」と「Ｅ」、Ｍｏｄｅｌ（ｂ）の「Ｂ」と「Ｄ」、４ＷＤの「Ａ」と「Ｂ」に関し、それぞれの点数は、「１００」、「１００」、「５０」となる。このスケジュールに関する点数は、各分断部分の得点の和とする。したがって、「Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ」の平準化水準点数は、「１００」+「１００」+「１００」+「５０」＝３５０となる。

このように、図４の処理２１２によれば、生産平準化計量マスタ４２に基づいて平準化水準点数４３（ｆ_１（ｘ））を算出できるため、出庫順列４１（組立ライン投入スケジュールｘ）を計量的に評価することができる。

（納期管理評価）
次に、図２の処理２１３における納期管理評価の具体的な処理内容について説明する。図７は、納期管理評価における遅延時間の予測について説明するための図である。

図７に示すように、ＥＲＰサーバ１より取得された車両仕様情報に含まれる車両の納期（Delivery Time）と、現在のシステム時間（System Time）との引き算により、現時点における各車両のＰＢＳ倉庫５での遅延時間（PBS Delay time）を得られる。換言すれば、遅延時間は現時刻から納期までの残り時間を意味する。

この数値を持っていれば、組立ラインに投入する車両順序に基づき、各車両の作業完了時間が予測できる。組立ラインでは、コンベアに載せた車両に流れ作業で部品を組み付ける。コンベアは一定の速さで動くため、隣接する車両の作業完了の平均的な間隔時間を集計できる。また、ＰＢＳ倉庫５で車体をピッキングして組立ラインの入側まで運ぶ平均運送時間を一定時間に設定できる。この３つの数値（遅延時間、平均的な間隔時間、平均運送時間）があれば、車体のトータル遅延時間を計算することが可能となる。本実施形態における納期管理評価手法では、出庫順列（組立ライン投入スケジュール）について、車体の最大遅延時間を求める。以下には、この手法について説明する。

この手法では、以下の記号を使用する。
Ｍ：ＰＢＳ倉庫５に格納された車体台数
ｉ：組立ラインに投入する車体のスケジュールのインデックス
Ｓ_ｔ：現在のシステム時間
Ｄ_ＰＢＳ（ｉ）：車体ｉのＰＢＳ倉庫５での遅延時間（車体ｉは投入スケジュールの先頭の場合）
Ｄ_Ｅ（ｉ）：車体ｉの納期時間
Ｌ：ＰＢＳ倉庫５で車体をピッキングして組立ラインの入側まで運ぶ平均運送時間
Ｔ：組立ラインのコンベアに流れ隣接する車体の作業完了の平均的な間隔時間
ｘ：組立ラインに投入する車体の出庫順列
ｆ_２（ｘ）：車体の順序ｘに対する、全て車体の最大遅延時間

車体ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）のＰＢＳ倉庫５での遅延時間は、次式（１）で算出される。

車体の出庫順列ｘに対する、全て車体の最大遅延時間ｆ_２（ｘ）は、次式（２）で算出される。

式（２）によれば、出庫順列（スケジュール）毎に、最大遅延時間を予測計算できる。納期管理評価では、評価尺度として最大遅延時間を用いる。最大遅延時間が短いほど、無駄な時間が少ない効率のよい出庫順列である。すなわち、最大遅延時間を最小化できる出庫順列ほど評価が高い。最大遅延時間を最小化することで、溶接および塗装における瑕疵修復作業によって遅れた生産計画を復旧させることができる。

（パレート最適解評価）
図２の処理２１１では、上述した生産平準化評価、納期管理評価を用いて、平準化水準の点数と、最大遅延時間を評価する。平準化水準の点数が低く（評価が高い）、最大遅延時間を最小化する（評価が高い）出庫順列ほど評価の高い実行解である。所定のルールに基づいて新たな出庫順列を生成（例えば、出庫順列の一部を組み替える。）し、新たな出庫順列を用いて、より評価の高い実行解の探索を繰り返すことで、複数のパレート最適解を発見できる。所定のルールは、多目的最適化手法や発見的探索手法に応じて予め定めるものとする。

（効果）
以上説明したように、本実施形態のＰＢＳ出庫順列決定装置２によれば、生産平準化について平準化水準点数を用いて計量化して評価することができる。また、納期管理について最大遅延時間を評価することができる。そして、トレードオフの関係にある生産平準化の評価尺度（平準化水準点数の最小化）と納期管理の評価尺度（最大遅延時間の最小化）とを用いて、出庫順列のパレート最適解を探索することができる。そのため、現場のオペレータは、生産工程中の瑕疵修復作業によって遅れた生産計画を復旧（最大遅延時間の最小化）と、生産平準化条件の計量化（平準化水準点数の最小化）による生産平準化の最適性の調整とを、実際の生産ライン状況に応じて柔軟に調整することができる。

１ＥＲＰサーバ
２ＰＢＳ出庫順列決定装置
３ＰＢＳサーバ
４ＰＢＳコンベアＡＧＶ制御盤
５ＰＢＳ倉庫
４１出庫順列
４２生産平準化計量マスタ
４３平準化水準点数

Claims

塗装済みの車体を一時貯蔵する中間倉庫（ＰＢＳ）から注文に応じた部品を車体に取り付ける組立ラインへ車体を出庫するための出庫順列を決定する自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置であって、
前記組立ラインにおける生産平準化に関する１つの評価項目について複数の閾値を定義し、いずれの閾値に達しているかに応じて点数をつけることにより、評価対象の出庫順列を評価する生産平準化評価手段と、
前記評価対象の出庫順列について、納期管理に関する現在から納期までの時間である遅延時間を評価する納期管理評価手段と、
複数の出庫順列について、トレードオフの関係にある前記生産平準化評価手段による評価尺度と前記納期管理評価手段による評価尺度とを用いて、出庫順列のパレート最適解を探索するパレート最適解探索手段と、
パレート最適解から１つの出庫順列を決定する出庫順列決定手段と、
を備えることを特徴とする自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置。
パレート最適解探索手段は、多目的最適化手法、または発見的探索手法を用いて出庫順列のパレート最適解を探索すること、
を特徴とする請求項１に記載の自動車生産ラインのＰＢＳ出庫順列決定装置。