JP2022033470A

JP2022033470A - 設計支援装置および設計支援方法

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Publication number: JP2022033470A
Application number: JP2020137372A
Authority: JP
Inventors: 奈美河村; Nami Kawamura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2022-03-02

Abstract

【課題】部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計を支援する設計支援装置および設計支援方法を提供する。
【解決手段】設計支援装置１は、部品を共有する複数の機種を含む製品群に関する構成情報２１、品目情報２２、工程別作業時間情報２３、工程順序情報２４、および生産計画情報２５を互いに対応付けた組合せデータを生成する組合せデータ生成部２と、前記組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、各工程間の各部品の安全在庫台数を算出するとともに、前記組合せデータおよび前記各工程間の各部品の安全在庫台数に基づき、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出する生産工程シミュレーション部３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、製品の設計を支援する設計支援装置および設計支援方法に関するものである。

市場における需要の変動が大きい空調機器等の分野では、需要の変動に素早く対応して製品を供給できるようにしながら、かつ、過剰な在庫の発生を抑え在庫量を適正に管理することが求められる。そのためには、受注～生産着手～出荷までの生産リードタイムを短縮したハイサイクル生産が必要である。ハイサイクル生産を実現するためには、生産工程の効率化が不可欠であるが、設計済みの製品について生産工程を効率化するのには限界がある。そのため、製品の企画・設計段階から生産リードタイムを考慮に入れ、効率的な生産工程を実現可能な、すなわち生産しやすい製品を設計することが求められる。
一方、特許文献１には、手作業を含む複数の生産工程の稼働率、サイクルタイム、作業時間及び良品率の稼働情報を取り込み、生産工程シミュレーターを用いて、人手作業を含む複数の生産工程の工程設計及び人員配置計画を含む生産計画を作成する、生産計画作成システム及び生産工程の効率化支援方法が開示されている。

特開２００７－１４８７２９号

ところで、複数の機種からなる製品群を設計する場合、複数の機種の間でモジュール又は部品の共通化を行うことが一般的である。また、複数の機種からなる製品群の企画・設計においては、個別の機種ごとではなく、製品群全体として効率的な生産工程を実現可能な製品群を設計することが望まれる。
しかしながら、製品群の企画・設計段階において、モジュール又は部品を共有する複数の機種を含む製品群全体としての生産しやすさを定量的に評価する方法は知られておらず、製品群全体としての生産しやすさを考慮して製品群の設計を行うことは困難であった。
また、特許文献１の技術は、生産工程のシミュレーションにより最適なライン設計、すなわち生産工程設計及び人員配置計画の作成を目的としたものであり、製品設計の支援を目的としたものではない。

本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、モジュール又は部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計において、効率的な生産工程を実現可能な製品群の設計を支援する設計支援装置および設計支援方法を提供することを目的とするものである。

本開示に係る設計支援装置は、部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計を支援する設計支援装置であって、前記製品群に関する構成情報、品目情報、工程別作業時間情報、工程順序情報、および生産計画情報を互いに対応付けた組合せデータを生成する組合せデータ生成部と、前記組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、各工程間の各部品の安全在庫台数を算出するとともに、前記組合せデータおよび前記各工程間の各部品の安全在庫台数に基づき、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出する生産工程シミュレーション部と、を備える。

本開示によれば、モジュール又は部品を共有する複数の機種を含む製品群において、効率的な生産工程を実現可能な製品群の設計を支援する設計支援装置および設計支援方法を提供することができる。

実施の形態１の設計支援装置を示すブロック図である。実施の形態１における製品群の製品構成の一例を示す図である。実施の形態１における構成情報を示す図である。実施の形態１における品目情報を示す図である。実施の形態１における工程別作業時間情報を示す図である。実施の形態１における工程順序情報を示す図である。実施の形態１における生産計画情報を示す図である。実施の形態１における生産フローを示す図である。実施の形態１における評価部の評価項目を示す図である。実施の形態１における目標値情報を示す図である。実施の形態１における他社情報を示す図である。実施の形態１における経理情報を示す図である。実施の形態１の設計支援装置を用いた設計支援方法を示すフロー図である。

実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に係る設計支援装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、開発対象である製品群の製品構成の一例を示す図である。

本実施の形態では、図２に示すような一部のモジュール又は部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計を行う場合を例に、以下の説明を行う。図２に示す製品群は、一部のモジュール又は部品を共有する複数の機種である、製品００１および製品００２を含む。製品００１は、構成部品として部品Ｋおよび部品Ｗを有する。この場合、製品００１が親部品、部品Ｋおよび部品Ｗが子部品となる。また、部品Ｋは、構成部品として部品Ｘおよび部品Ｍを有する。この場合、部品Ｋが親部品、部品Ｘおよび部品Ｍが子部品となる。また、製品００１がレベル０、その子部品である部品Ｋがレベル１、部品Ｋの子部品である部品Ｘがレベル２、のように製品構成の階層が設定されている。

図１に示すように、本実施の形態の設計支援装置１は、組合せデータ生成部２、生産工程シミュレーション部３、評価部４、および目標値設定部５を備える。

組合せデータ生成部２は、設計した製品群に関する構成情報２１、品目情報２２、工程別作業時間情報２３、工程順序情報２４、および生産計画情報２５を互いに紐づけして組合せデータ２６を生成するものである。

構成情報２１は、部品仕様における親子関係を示す情報であり、ＢＯＭデータとも呼ばれるものである。図２の製品構成に基づく構成情報２１の一例を図３に示す。構成情報２１には、例えば親部品：製品００１－子部品：部品Ｋ１のように、親部品情報と子部品情報が対になって登録されている。また、親部品に対して同じ種類の子部品が複数必要となる場合は、子部品の必要個数を登録してもよい。

品目情報２２は、製品または部品の区分、および、各製品・部品を製造または購入する上で必要となる情報を登録したものである。品目情報２２の一例を図４に示す。品目情報には、例えば、製品および各部品に関する番号、品目名、調達期間、単価、購入先、発注ロット台数など、製品および部品を製造、または部品を購入する上で必要な情報と、製品と部品とを判別するための情報が登録されている。

工程別作業時間情報２３は、製品または部品を生産する上で、各工程でかかる作業時間に関する情報である。工程別作業時間情報２３の一例を図５に示す。工程別作業時間情報２３には、例えば、各工程の標準的な作業時間である標準時間ＴＳや、生産ラインの朝の生産ライン立ち上げや機種切り替えなどの段取りに要する段取り時間などが登録される。

工程順序情報２４は、その製品または部品が完成するまでの工程ルートに関する情報である。工程順序情報２４には、品目名と工程名およびその順序が対応付けて登録される。なお、部品によっては工程ルートに複数の工程が含まれる場合があるが、簡単のためここでは考慮しないこととする。工程順序情報２４の一例を図６に示す。図６では、製品００１に対して工程Ｚ、部品Ａに対して工程Ａ、のように登録されている。

生産計画情報２５は、どの製品を、いつ、何台、生産するかを管理する情報である。生産計画情報２５の一例を図７に示す。生産計画情報２５には、例えば、生産する製品、生産日付、生産台数などが登録される。なお、後述するように、出荷前の製品倉庫の安全在庫の算出においては、生産計画情報２５として、顧客からの受注情報を用いてもよい。当該受注情報には、出荷する製品、出荷日付、出荷台数などが登録されるが、これらは生産計画情報２５における、生産する製品、生産日付、生産台数に対応する。また、製品群の企画・設計段階では実際の生産計画が存在しないことが多いが、その場合は、仮想的な生産計画情報を登録してもよい。また、仮想的な生産計画情報の設定にあたっては、過去に実際に生産した旧モデルの生産計画情報を参考にしてもよい。これにより、より現実に即したシミュレーションが可能となる。

生産工程シミュレーション部３は、組合せデータ生成部２で生成された組合せデータ２６に基づき生産工程のシミュレーションを行い、製品群全体としての生産しやすさの指標値を算出するものである。本実施の形態においては、生産しやすさの指標値として、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を用いる。一般に、製品群全体としての生産リードタイムが短く、安全在庫金額が小さいほど、その製品群は生産しやすいと考えられる。

ここで、安全在庫について説明する。企業活動においては適正に在庫を保持することが重要であるが、適正在庫は一般に、サイクル在庫と安全在庫との和で表される。サイクル在庫とは、生産計画から次の生産計画までの１サイクルの生産計画において最低限必要な在庫量のことである。一方、安全在庫とは、計画通りに販売や生産が進まず多少変動があったとしても対応できるように備えとして持つべき在庫量のことである。安全在庫は、欠品による販売機会損失と過剰在庫に伴うキャッシュフローのリスクといった、相反する要素のバランスを考慮して設定される。安全在庫は、製品設計の影響、すなわち製品の構成や生産しやすさの影響を受けて変化する。一方、サイクル在庫は、もっぱら販売計画された数量によって定まるものであり、製品設計の影響を受けない。本実施の形態は製品設計の支援を目的としたものであるから、サイクル在庫と安全在庫のうち安全在庫のみを取り扱うこととする。

製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額の算出について説明する。
始めに、前記組合せデータに基づき、生産着手から出荷までの生産フローを設定する。生産フローの一例を図８に示す。当該生産フローは、生産着手から出荷までの間に、レベル３の部品を製造する工程Ａ、レベル２の部品を製造する工程Ｂ、レベル１の部品を製造する工程Ｃ、およびレベル０の製品を製造する工程Ｚを含む。

次に、生産フローの各工程間の各部品の安全在庫を算出する。まず、生産フローの先頭工程である工程Ａと、工程Ａの後工程である工程Ｂとの間の各部品の安全在庫を算出する場合について説明する。例えば、工程ＡＢ間の工程Ａから構成情報のレベル３の部品Ａ、部品Ｂの２種類を出庫して工程Ｂでレベル２の部品を生産する場合は、部品Ａおよび部品Ｂに対して各部品別に安全在庫台数を算出する。

工程ＡＢ間の部品Ａの安全在庫Ｉ_ａは、部品Ａの標準偏差σ_ａと、安全在庫係数αと、前工程からの部品の供給間隔ＬＴの正の平方根とを積算して算出される（式１参照）。なお、ここでは、後工程の引き取り数のばらつきは正規分布であり欠品許容率は５％であるとの仮定に基づき、安全在庫係数αは一律１．６５とする。

部品Ａの標準偏差σ_ａは、工程Ｂの毎日の生産計画数Ｘと、安全在庫の算出対象期間の生産計画数の合計を稼働日数で割った平均値すなわち一日あたり平均生産計画数Ｘｉとの差の２乗の合計を、安全在庫の算出対象期間の工程Ｂの稼働日ｎで割った値の正の平方根で表される（式２参照）。なお、安全在庫の算出対象期間は例えば１か月とする。

また、前工程からの部品の供給間隔ＬＴは、工程Ａのみの生産リードタイムと同義であり、工程Ａの標準的な作業時間ＴＳ_Ａに部品ａの生産ロット数Ｍ_ａを乗算し、生産ラインの朝の生産ライン立ち上げや機種切り替えなどの段取り時間Ｄ_Ａを加えたものである（式３参照）。

上記の式１～３により、工程ＡＢ間の部品Ａの安全在庫台数Ｉ_ａが算出される。同様の計算を、工程ＡＢ間の他の部品、および他の工程間の各部品について行い、各工程間の各部品の安全在庫台数Ｉをそれぞれ算出する。

なお、部品が購入品である場合は、式１において、前工程からの部品の供給間隔ＬＴの代わりに、当該部品の調達期間を用いる。また、出荷前の製品倉庫における製品の安全在庫台数を算出する場合は、式２の計算において生産計画数の代わりに顧客からの受注情報を用いることで算出することができる。

次に、製品群全体の安全在庫金額の算出について説明する。上記式１～３により各工程間の各部品の安全在庫台数を算出したが、製品の生産フローにおいては複数種類の異なる部品が混在しており、台数のままでは全体としての安全在庫の評価がしにくいため、全体評価がしやすいように在庫を金額化する。具体的には、工程ＡＢ間の部品Ａの安全在庫台数Ｉ_ａに、品目情報から参照した部品ａの単価を乗算することにより、工程ＡＢ間の部品Ａの安全在庫金額を算出する。そして、工程ＡＢ間の各部品の安全在庫金額の合計を、工程ＡＢ間の安全在庫金額Ｊ_ＡＢとする。数式化すると下記式４のように表される。

同様の計算を、生産着手から出荷までの各工程間で繰り返し行い、各工程間の安全在庫金額を算出する。そして、各工程間の安全在庫金額を合計することで、製品群全体としての安全在庫金額を算出することができる。

また、製品群全体の安全在庫金額の内訳として、部品安全在庫金額と製品安全在庫金額とを区分して算出してもよい。部品と製品に区分することにより、当該安全在庫金額の評価結果に基づいて製品設計を見直す際に、改善ターゲットの抽出が容易となる。

次に、製品群全体の生産リードタイムの算出について説明する。まず、各製品の生産リードタイムを算出する。各製品の生産リードタイムは、各レベルの部品の供給におけるボトルネック工程の生産リードタイムの合計に、その生産リードタイムを算出した工程経路にある工程間安全在庫を時間換算して加えることで算出する。

ボトルネック工程とは、生産ラインにおいてもっとも時間がかかっている、生産能力や生産効率が低い工程のことを指す。ボトルネック工程の生産能力や生産効率を改善・解消することで、ライン自体の生産効率が向上する。図２の製品構成においては、部品Ｋと部品Ｗとが同じレベル１にあり、図８の生産フローに示す工程Ｚにおいて、部品Ｋおよび部品Ｗとが組み合わされて製品００１が生産される。部品Ｋと部品Ｗとは直列的な関係ではなく並行して生産されるため、部品Ｋを生産する工程と部品Ｗを生産する工程のどちらか長いほうがレベル１の部品の供給におけるボトルネック工程となり、当該ボトルネック工程の生産リードタイムが、レベル１の部品の生産リードタイムとなる。

工程間安全在庫の時間換算について説明する。ここでは日数に換算し、生産リードタイムを一律日単位で計算することとする。工程間安全在庫を日数に換算するには、各工程間の安全在庫台数を次工程の出庫数、すなわち生産計画台数で割ることで算出する。工程間安全在庫を時間換算して生産リードタイムに加算することにより、製品の生産しやすさを定量的に比較することが可能となる。

以上のようにして算出した各製品の生産リードタイムに基づき、製品群全体の生産リードタイムを算出する。例えば、各製品の生産リードタイムの平均値をとることで、製品群全体の生産リードタイムを算出することができる。ただし、必ずしも平均値をとる必要はなく、例えば最小値や最大値をとるなど他の算出方法を採用してもよい。

以上のように、生産工程シミュレーション部３は、組合せデータ生成部で生成された組合せデータ２６に基づき、生産工程のシミュレーションを行い、製品群全体としての生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出する。これにより、開発した製品群の製品群全体としての生産しやすさを定量的に評価することが可能となる。

評価部４は、生産工程シミュレーション部３において算出した製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を目標値と比較し、目標値への達成度を評価するものである。評価結果の一例を図９に示す。図９に示すように、生産工程シミュレーション部３により算出した製品群全体としての生産リードタイムおよび安全在庫金額と目標値との差分をとることで、目標値への達成度を評価する。なお、達成度の評価形式は特に限定されず、例えば、差分をとることに代えて達成度をパーセンテージで表してもよい。

以上のように、生産工程シミュレーション部３により算出した製品群全体としての生産リードタイムおよび安全在庫金額の目標値への達成度を評価部４で評価することにより、設計した製品群の製品群全体としての生産しやすさをより具体的に評価することができる。

目標値設定部５は、評価部４で用いるための製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額の目標値を設定するものである。ここでは、図１０に示すように、生産リードタイムと安全在庫金額（部品）、安全在庫金額（製品）、安全在庫金額（部品＋製品）の４つの目標値を設定することとする。目標値の設定方法は特に限定されないが、目標値の信頼性、および根拠を明確にするため、自社の経理情報や他社情報からベンチマーク値を収集・集計し、当該ベンチマーク値を参照して各目標値を設定することができる。以下、目標値設定の一例について説明する。

生産リードタイムのベンチマーク値は、他社情報に基づいて算出される。他社情報は、例えば、設計対象の製品群と同等のスペックを保有する他社製品に関する情報であり、市場情報として収集することができる。他社情報の一例を図１１に示す。図１１に示すように、ここでは、社名、シェア、年間出荷数、納期情報、代表機種、代表機種単価、仕様を設定している。このうち、納期情報の平均値を算出し、その平均値を生産リードタイムのベンチマーク値とする。なお、平均値のかわりに最短値を用いてもよい。

また、安全在庫金額のベンチマーク値は、自社の経理情報に基づいて算出される。経理情報は、製品企画時の棚残目標値に基づいて算出する。経理情報の一例を図１２に示す。図１２に示すように、ここでは、売上高、部品残、製品残、その他棚残、棚残合計、棚残回転率を登録している。経理情報のうち、棚残回転率は棚卸資産の回転効率を表す重要な財務指標で、１年間の売上高を棚卸資産で割った値であり、製品の販売が効率よく行われているかを見る効率性分析指標である。

以上のように、目標値設定部５を用いて目標値を設定することにより、評価部における評価の妥当性を向上することができる。

次に、本実施の形態の設計支援装置を用いた設計支援方法について説明する。
本実施の形態の設計支援方法は、組合せデータを生成するステップＳＴ１と、ＳＴ１で生成された組合せデータに基づき生産工程をシミュレーションして製品群全体としての安全在庫金額および生産リードタイムを算出するステップＳＴ２と、製品群全体としての安全在庫金額および生産リードタイムの目標値を設定するステップＳＴ３と、ステップＳＴ２で算出された製品群全体としての安全在庫金額および生産リードタイムを、ステップＳＴ３で設定した目標値と比較し、目標値への達成度を評価するステップＳＴ４と、を含む。

ステップＳＴ１では、設計した製品群に関する構成情報２１、品目情報２２、工程別作業時間情報２３、工程順序情報２４、および生産計画情報２５が組合せデータ生成部２に入力される。組合せデータ生成部２は、各情報を互いに紐づけして組合せデータ２６を生成する。

ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で生成した組合せデータが生産工程シミュレーション部３に入力される。生産工程シミュレーション部３は、当該組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、製品群全体としての安全在庫金額および生産リードタイムを算出する。算出方法は既に説明したとおりである。

ステップＳＴ３では、目標値設定部５は、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額の目標値を設定する。ここでは、図１０に示すように、目標値設定部５は、生産リードタイムと安全在庫金額（部品）、安全在庫金額（製品）、安全在庫金額（部品＋製品）の４つの目標値を設定することとする。既に説明したように、例えば他社情報および自社の経理情報が目標値設定部５に入力される。目標値設定部５は、入力された他社情報に基づき生産リードタイムの目標値を設定し、入力された経理情報に基づき安全在庫金額の目標値を設定することができる。

ステップＳＴ４では、ステップＳＴ２で算出された製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額と、ステップＳＴ３で設定した目標値とが評価部４へ入力される。評価部４は、両者を比較することにより、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額の目標値への達成度を評価する。

ステップＳＴ４で得られた評価結果は、設計者へ向けて出力される。設計者は、当該評価結果を確認することにより、現在設計している製品群の生産しやすさを定量的に確認することが可能となる。そして、設計者は当該評価結果を踏まえて設計の見直しを行い、設計見直し後の製品群に対して再度ステップＳＴ１～４を実施し、生産しやすさを定量評価する。このように、ステップＳＴ１～４による評価と、評価結果を踏まえた設計の見直しとを繰り返すことにより、生産しやすい最適な製品群を設計することが可能となる。

従来、複数の機種を含む製品群の企画・設計において、どのモジュール又は部品を共通化するかの判断は、設計者の過去の経験に基づいて判断されることが多かった。しかしながら、当該判断において製品群全体としての生産しやすさが十分に考慮されていないため、機種数に比例した部品点数増加、モジュール粒度のばらつきなどにより部品および製品在庫金額が増加する問題があった。また、設計者の経験に依存するため、誰でも同じように設計作業を行うことができないといった問題があった。これに対し、本実施の形態の設計支援装置によれば、設計者が現在設計している製品群における部品構成の中でどの部品またはモジュールを複数の製品間で共通化すれば生産しやすくなるのかがわかるようになり、生産しやすい製品群を設計することが可能となる。また、設計者の経験に依存しないので、誰でも同じように設計作業を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では、目標値設定部および評価部を設け、算出された製品群全体の生産リードタイム又は安全在庫金額とあらかじめ設定された目標値とを比較して目標値への達成度を評価し、その評価結果を出力するようにしたが、目標値設定部および評価部を設けずに、算出した製品群全体の生産リードタイム又は安全在庫金額を直接設計者へ向けて出力するようにしても良い。この場合も、例えば設計見直し前後の値を比較することにより、対象の製品群の生産しやすさを定量的に評価することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態の設計支援装置は、部品を共有する複数の機種を含む製品群に関する構成情報、品目情報、工程別作業時間情報、工程順序情報、および生産計画情報を互いに対応付けた組合せデータを生成する組合せデータ生成部と、前記組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、各工程間の各部品の安全在庫台数を算出するとともに、前記組合せデータおよび前記各工程間の各部品の安全在庫台数に基づき、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出する生産工程シミュレーション部と、を備える。これにより、開発した製品群の製品群全体としての生産しやすさを定量的に評価することが可能となる。そのため、部品を共有する複数の機種を含む製品群の企画・設計の段階において、効率的な生産工程を実現可能な製品群を設計するための支援を行うことが可能となる。

以上、各実施の形態に基づいて本開示を説明したが、本開示は各実施の形態に限定されるものではない。また、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略したりすることも、本開示の範囲に含まれる。

１設計支援装置、２組合せデータ生成部、２１構成情報、２２品目情報、２３工程別作業時間情報、２４工程順序情報、２５生産計画情報、２６組合せデータ、３生産工程シミュレーション部、４評価部、５目標値設定部

Claims

部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計を支援する設計支援装置であって、
前記製品群に関する構成情報、品目情報、工程別作業時間情報、工程順序情報、および生産計画情報を互いに対応付けた組合せデータを生成する組合せデータ生成部と、
前記組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、各工程間の各部品の安全在庫台数を算出するとともに、前記組合せデータおよび前記各工程間の各部品の安全在庫台数に基づき、製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出する生産工程シミュレーション部と、を備えた設計支援装置。
前記製品群全体の生産リードタイム又は前記製品群全体の安全在庫金額と、あらかじめ設定された目標値とを比較し、前記製品群全体の生産リードタイム又は前記製品群全体の安全在庫金額の目標値への達成度を評価する評価部を備えた、請求項１に記載の設計支援装置。
部品を共有する複数の機種を含む製品群の設計を支援する設計支援方法であって、
前記製品群に関する構成情報、品目情報、工程別作業時間情報、工程順序情報、および生産計画情報を互いに対応付けた組合せデータを生成するステップと、
前記組合せデータに基づき生産工程のシミュレーションを行い、各工程間の各部品の安全在庫台数を算出するとともに、前記組合せデータおよび前記各工程間の各部品の安全在庫台数に基づき、前記製品群全体の生産リードタイムおよび安全在庫金額を算出するステップと、を備えた設計支援方法。