JP2859402B2 - 鋳造日程計画作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エキスパートシステムを応用した鋳造日程
計画の作成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、エキスパートシステム等を応用した生産計画の
作成が盛んに研究開発され、実用化が推進されつつあ
る。今日まで、生産計画の作成の自動化、即ち自動スケ
ジューリング手法として、下記二つの方法が提案されて
いる。

１）オペレーションズ・リサーチを応用した手法 例えば、線形計画法、あるいは待ち行列理論を応用し
た数学的モデルを作成してスケジューリングを行う方法
である。この方法では、取り扱う品種数及び制約条件が
少なく、かつその変更がほとんどない単純な計画作成に
は有効である。

２）エキスパートシステムを応用した方法 計画型エキスパートシステムとして、近年盛んに研究
開発が行われ、その一部は実用化されている。このエキ
スパートシステムによるスケジューリング方法は次の二
つに分類することができる。

複数の工程に多品種が流れている場合、例えば、顧客
への納期を厳守し、かつ生産効率を良くするためには、
各製品を各工程の設備にどんな順序で流したらよいか、
を各工程の各種の制約条件をルール等の知識化して実行
可能な計画を作成する方法である。しかし、複数工程の
制約条件をルール化して知識ベースを作成した生産計画
を作成しようとすると、ルール数が極めて多くなる。こ
のため、コンピュータの処理時間が非常に長くなり、こ
のため実用化されている事例は極めて少ないのが実状で
ある。

同一工程内に１台又は複数の製造設備があるとき、段
取り替え、あるいは製品の材質等に関係する製造上の制
約条件を考慮し、この工程の各設備に各製品をどんな順
序で何個生産したら顧客納期を満足し、かつ製造設備の
稼働率がよくなるか、の生産計画を作成する方法である
（特開昭64−71652）。この一工程の生産計画を作成す
る方法については、比較的制約条件が少ない計画作成に
ついては実用化されている。

しかし、一日に多材質の製品を多品種製造する鋳造工
場の鋳造日程計画の作成、即ち一日に鋳造する品名と鋳
造枠数、及び鋳型造型する鋳造順序の決定は、各工程の
設備上の制約条件、作業のやり易さ、過去の経験から得
たノウハウ等を考慮し、顧客納期を満足し、かつ各工程
の生産効率が高くなるような計画を立てる必要がある。
例えば、下記の条件等を考慮して鋳造計画を作成する必
要がある。

溶解工程で溶解する材質別溶解順序はどのようにした
ら効率が良いか。この材質別溶解順序としては、成分調
整のやり易さ、溶解時の電力量等のエネルギの節減、溶
解炉の能力、等を考慮する必要がある。

鋳型造型においは、分割型模型（以下“セグメントパ
ターン”という）を用いている鋳造ラインでは、複数の
分割模型を組合せて１枠とするが、この組合せの相性を
考慮する必要がある。

鋳型造型においては、段取り替え作業の負荷、溶解工
程から注湯工程への配湯の負荷等を考慮して、上記組合
せ後の鋳型造型の順序（以下、鋳造順序という）及びそ
の枠数を決定する必要がある。

特に多材質の製品を製造する鋳造工場の鋳造日程計画
作成においては、溶解工程の制約条件及び各種の製造技
術上のノウハウを考慮しつつ、鋳型造型工程の最適な鋳
造順序を決定することが、鋳造工場の生産性向上にとっ
て重要な課題になっている。この理由は、溶解工程で
は、鋳型造型の約１時間前から溶解作業を開始する必要
があること、鋳型造型に同期化して必要重量の容湯を配
湯しないと、湯待ちによるラインの停止、あるいは戻し
湯による湯待ちなどが多発する。これらの生産性低下の
不具合を防止するために、溶解工程の制約条件や生産性
を向上させるための条件を考慮して、溶解工程と整合が
とれた鋳造日程計画を作成することが不可欠だからであ
る。

また、これらの生産技術上の制約条件及びノウハウ
は、周囲の環境の変化とともに変更されるため、上記従
来の手法を基にして鋳造日程計画の作成を自動化するこ
とは困難であり、部分的にはコンピュター化されたにし
ても、依然としてベテラン工程員の手作業に負うところ
が多いのが実状であった。

ここで、上記のセグメントパターンについて説明す
る。

この方式は、多品種少量の鋳造製品を効率良く生産す
る方式として採用されている。通常、一つの鋳型は、同
一品名の雛型で構成された１枚の模型（以下、パターン
という）を用いて造型される。セグメントパターン方式
とは、大きさが小さい複数のパターンを組合せて、鋳型
１枠分として造型する方式である。この鋳造方式を採用
すると、鋳型１枠で複数品名の製品を鋳造することがで
きる。この複数品名の組合せにおいては、各品名の製品
材質（溶解の材質）が同一であること、製品重量に大き
な差がないこと、組合せ後の１枠当たりの中子入れ個数
が多くならないこと、形状が類似している製品は組合せ
ないこと、等の製品品質、自工程及び他工程の作業性等
の制約条件を考慮する必要がある。以下、説明を簡単に
するために、通常のパターンの大きさの半分の大きさの
パターン２枚を組合せて鋳型１枠分として造型するもの
を例に本発明を説明する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来通り鋳造日程計画の作成をベテラン担当者の人手
で行っていると、次の問題が生じる。

１）近年の鋳物製品の多材質、多品種及び小ロット化に
伴い、生産計画を作成するために考慮すべき情報量は増
大している。人間による生産計画作成に取り入れる制約
条件、生産技術上のノウハウの記憶には限界がある。こ
のため、計画作成に長時間を要したり、作成ミスを犯す
場合が生じる。

２）上記１）により、鋳造日程計画を作成する技術、手
順が担当者ごとに異なってくる。また、他の者が代替し
て鋳造日程計画の作成ができなくなる。

上記１）及び２）は、生産管理システムの構築が他業
種より遅れている鋳造工場にとっては大きな課題になっ
ている。本発明は、エキスパートシステムを応用して、
溶解工程の設備上の制約条件等を考慮しながら、日々の
品名別の鋳造順序とその鋳造枠数を計画することができ
る鋳造日程計画の作成方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多材質に対応しかつ複数品名のパターンを
鋳型１枠分に組合わせて造型するセグメントパターン方
式を採用している鋳造ラインの、所定鋳造予定日に鋳造
すべき品名パターンの組合わせと、その鋳造順序、枠数
を決める鋳造日程計画を、顧客からの要求に基いて予め
作成した日別、品名別の鋳造要求個数の入力情報をもと
に、推論エンジンにより、品名毎の鋳造データや、製造
上の制約条件やノウハウを登録した記憶部を検索して、
演算、編集処理をして作成する鋳造日程計画作成方法で
あって、 前記入力情報の中の鋳造予定日に鋳造すべき全品名に
対し、品名毎の溶解材質、鋳造１枠当たりの製品込数及
び注入重量データを登録した製品マスターデータを検索
して該品名の登録データを取込み、必要な鋳造要求個数
から、まず仮の鋳造枠数と仮の溶解重量を算出し、同一
材質毎に仮の鋳造枠数順になるように配置してメモリに
記憶し、 同一材質毎に、前記配置中の品名どうしを、セグメン
トパターン組合せ知識に登録された、組合せ不可の品名
の組合わせかどうかを判定し、登録されていない組合わ
せであれば、これらの品名を、該品名の仮の鋳造枠数が
少ない方の数を鋳造枠数としたセグメントパターン組合
わせ済鋳型データとして記憶するとともに、前記で残枠
を生じた品名の残枠分は未組合わせ品とし、配置中の全
品名について組合わせ処理を行い、推論エンジンによる
処理で組合わせ不能なものが残った場合や特急品の追加
がある場合は、マンマシンインターフェースで人が組合
わせ処理を行なって入力し、対象品名の鋳造要求個数が
鋳造できるセグメントパターン組合わせ済鋳型データを
作成記憶し、 前記で求まる必要材質と溶解重量を、多材質の鋳造を
行う際の複数の溶解順序モデルとその選定ルールを登録
した溶解順序知識に参照し、所定の溶解順序モデル材質
溶解順序を選択して、材質溶解順序を決定し、 同一材質内のセグメントパターン組合わせ済鋳型の鋳
造枠数の大小から決めた鋳造順序知識のルールに基づ
き、前記求めた同一材質内での各セグメントパターン組
合わせ済鋳型の鋳造枠数を検索して、鋳造順序知識に適
合するようセグメントパターン組合わせ済鋳型の鋳造順
序を編成し直し、 前記材質溶解順序と同一材質内のセグメントパターン
組合わせ済鋳型の鋳造順序を組合わせて、鋳造予定日の
セグメントパターンとして組合わせられる品名と、鋳造
順序と、鋳造枠数を決定することを特徴とする鋳造日程
計画作成方法である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明を実施するためのシステム構成を示す
図である。１はホストコンピュータであり、毎日、顧客
からの要求数、納期、及び製造工程内の仕掛量、製品在
庫量を考慮して、日別、品名別に鋳型造型工程への鋳造
手配数となる鋳造要求個数を算出する。

２はワークステーションでホストコンピュータ１に接
続され、前記算出された日別、品名別の鋳造要求個数の
データを入力し、鋳造予定日の鋳造日程計画を作成す
る。ワークステーション２内の、３はデータベース部、
４は知識データ部、５は推論エンジンである。６はマン
マシンインターフェースとなるキーボードとCRT、７は
プリンタである。前記マンマシーンインターフェース６
及びプリンタ７は、ワークステーション２と接続されて
おり、人によるデータの入力、処理結果の修正及び後述
する処理結果である鋳造日程計画表を出力することがで
きる。

データベース部３は、製品マスターデータ3a、鋳造要
求データ3b、鋳造日程計画データ3cを有している。

製品マスターデータ3aには、第２図に示すように品名
ごとに、材質、鋳造１枠分の製品込数、同じく１枠当た
りの溶湯の注入重量や中子入れ点数など、鋳造日程計画
の作成に必要な基準値となる情報が記憶されている。こ
こで“枠”とは、本来は鋳枠のことであるが、第２図中
では、各品名コードに対応するセグメントパターンのパ
ターン定盤と同義で用いている。即ち、１つの鋳枠が例
えば２つのパターンから構成される場合でも、１つのパ
ターンを相手のパターンが何になるかに係わらず、必ず
１つの鋳枠の一部を成しているからである。

鋳造要求データ3bは、ホストコンピュータ１から伝送
される日別、品名別の鋳造要求個数を、鋳造日程計画の
確定日以降の所定日分例えば１週間分記憶しておく部分
である。

鋳造日程計画データ3cは、本発明で作成した鋳造日程
計画データを一時記憶する部分である。

知識データ部４は、鋳造日程計画を作成するために必
要な制約条件、製造技術上のノウハウ、経験等を記憶し
ている部分で、セグメントパターン組合せ知識4a、溶解
順序知識4b、鋳造順序知識4cから構成されている。これ
ら知識データ部４の知識は、ルール形式あるいはフレー
ム形式で表現されている。

セグメントパターン組合せ知識4aは、例えば、２つの
セグメントパターン（２品名）を組合せて、鋳枠サイズ
と同一の一体のパターンとして鋳型を造型するときの組
合せの相性を示すデータである。例えば、不良対策上の
経験、あるいは、後工程の混乱を防止するために、第３
図にデータ例を示すように、品名コードA01とA06は理由
コード１により、組合わせて鋳造すべきでない、という
ようなデータである。当然ながら、同じ材質どうしの組
合せが前提となる。

溶解順序知識4bは、一日に材質の違う製品を鋳造する
に際し、溶解時の電力等の省エネルギー、成分調整のや
り易さなどを考慮し、効率的に多材質の溶湯を順次溶解
するための予め設定した数種類の標準的な溶解順序モデ
ルと、このモデルのうちの一つを選択するためのルール
を登録したものである。第４図は、例えば７種の溶解材
質F1、F2、…F7を溶解するときの、標準的な溶解順序モ
デル４種類を示したものである。

鋳造順序知識4cは、同一材質で鋳造するセグメントパ
ターンの組合せ結果に基づく鋳型が複数種類ある場合
に、その造型順序を決めるための知識データである。こ
の知識は、造型作業のやり易さ、特に鋳型造型機の段取
り替え作業者の負荷等を考慮した制約条件のデータであ
り、ルール形式で記憶されている。このルールの一例を
次に示す。

（例１） IF 400枠以上鋳造するパターンの鋳型があれば、 THEN この次には、100枠以下のパターンの鋳型を１〜
３種類続けて鋳造する。

（例２） IF 200〜400枠鋳造するパターンの鋳型があれば、 THEN この次には、100枠以下のパターンの鋳型を１〜
２種類続けて鋳造する。

推論エンジン５は、鋳造要求データ3bに入力された品
名とその鋳造個数に対し、製品マスターデータ3a、知識
データ部４に記憶された各種のルール、知識ベースを基
にし、鋳造日程計画を推論していく論理演算部分と、そ
の経過途中のデータを一時的に記憶するメモリを有して
いる。

次に、前述したシステム構成をもとにした処理手順
を、第５図、第６図及び第７図に基いて説明する。

１）鋳造日程計画作成処理がスタートすると、ワークス
テーション２は、ホストコンピュータ１で算出された日
別、品名別の鋳造要求個数を取込み、鋳造要求データ3b
に記憶する。

２）キーボード６等から鋳造日程計画を立てるべき日が
指示されると、推論エンジン５は、鋳造要求データ3bに
記憶された前記データの中から、該指示された鋳造予定
日に鋳造すべき品名及びその鋳造要求個数を検索する。
次いで、製品マスター3aに登録された品名の中から該品
名を検索し、材質、１枠当たりの製品込数及び注入重量
等の情報を取り込んで、鋳造要求個数を鋳造１枠当たり
の製品込数で除算した仮の鋳造枠数と、この仮の鋳造枠
数を鋳造１枠当たりの注入重量で積算した仮の溶解重量
を算出する。これを全ての品名について行ない、メモリ
に記憶しておく。

３）次に、推論エンジン５は、第６図に示すセグメント
パターン組合せ手順に従って、セグメントパターンの組
合せを行い、組合せた結果の鋳造枠数を決定する。この
手順を説明すると次のようになる。

前記メモリに記憶された品名の中から同じ材質の品
名を検索し、例えばデータテーブル形式で仮の鋳造枠数
（第６図には品名別鋳造枠数と記す）の大きい順に並べ
かえる。

仮の鋳造枠数の大きい品名から、次に仮の鋳造枠数
の大きい品名を選択してセグメントパターン組合せ知識
4aを参照し、組合せの相性をチェックする。選択した品
名が組合せ不可の品名であれば、その次に仮の鋳造枠数
が大きい品名に対して同様のチェックをし、組合わせ相
性が問題無いものが選ばれるまで順次この処理を行な
う。

組合せ可のものがあれば、これらの品名及び鋳造枠
数を決定し、セグメントパターン組合わせ済み鋳型とし
て記憶するとともに、前記データテーブルから削除す
る。鋳造枠数は、組合せ前の品名の仮の鋳造枠数のうち
小さい枠数に合わせる。

前記で仮の鋳造枠数の大きい方の品名の中、組合わ
せに使用されなかった残りの鋳造枠数分は、改めて組合
わせ対象品名として登録し、前記データテーブルの並び
かえを行う。

全品名について組合せが完了するとこの手順は処理
終了となるが、組合せ不能な品名のものが残る場合があ
る。このときは、人が後述する対話形式で、鋳造予定日
以外の品名を参照する等で組合せ可能品名を選定し、セ
グメントパターン組合わせ済鋳型として入力すること
で、推論エンジン５で自動的に組合わせたセグメントパ
ターン組合わせ済鋳型のデータに追加記憶する。

以上の操作を、他の同一材質全てに対し行ない、鋳造
予定日の品名全てに対してのセグメントパターンの組合
わせを完了し、セグメントパターン組合わせ済鋳型デー
タとしてメモリに記憶する。

４）次に推論エンジン５は、セグメントパターンの組合
わせ済鋳型データを記憶したメモリを参照し、材質別に
最終的な品名毎の鋳造枠数を算出し、製品マスターデー
タ3aの１枠当たりの注入重量を積算して、各材質毎の溶
解重量の合計値を計算する。次いで、溶解順序知識4bを
参照し、そこに登録されているモデル選択のためのルー
ルをもとに、鋳造計画日にとって最適な溶解順序モデル
を選択する。これは、必要材質が含まれている溶解順序
モデルを検索することで行なう。また、前記算出された
溶解重量によっては、該材質の溶解をモデル通りの順序
で行うかどうかも判断し、実際の溶解順序を決定する。
例えば第４図に示す溶解順序パターン１が選定された場
合で、F1の材質の重量が予め設定した重量より少ない
と、最後のF1の溶解は行わないようにする。

５）次に推論エンジン５は、同一材質毎のセグメントパ
ターンの組合せ済鋳型データの中の各鋳型に対し、鋳造
枠数を検索し、前述した鋳造順序知識4cのルールに則る
ような順番となるように入れ替え処理を行ない、全鋳型
について鋳造順序を決める。全材質のセグメントパター
ンの組合せ済鋳型について鋳造順序を決定すると、前記
決定した溶解順序と組合わせて、鋳造予定日の一連の、
セグメントパターン組合せ後の品名パターンの鋳造順序
と鋳造枠数を決定し、鋳造予定日の鋳造日程計画として
鋳造日程計画データ3cに記憶させる。

６）前記記憶された鋳造日程計画のデータを、第７図に
一例として示すような鋳造日程計画表としてプリンタ７
やCRTに出力する。

なお、上記各処理手順において、第１図に示すマンマ
シンインターフェース６により、担当者が対話形式でデ
ータの変更や追加を行なうことができるようにしている
ので、該手順又はその後の手順を新しいデータで処理を
おこなうことができる。

例えば、前記２）の手順の後、仮の鋳造予定枠数を基
にした溶解重量が、溶解能力にたいして大幅に足りない
ような場合、適宜、他の日に予定されている品名別の鋳
造要求数を取込んで、前記２）の手順を修正することが
できる。また、前述したように前記３）の手順において
は、第６図の後半の処理で示すように、自動処理でセグ
メントパターンの全組合わせが決められなかった場合、
同様にして人が操作して決めることができる。

特に、特急品の追加等がある場合は、この対話形式の
変更操作により対応することができ好適である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は次のような効果があ
る。

１）鋳造日程計画作成の各プロセスを自動化することに
より、担当者の作成時間は従来の手作業で作成する方法
に比較して、1/2〜1/3に短縮された。この理由は、材質
別の溶解順序の決定を知識データのルールのみによって
作成すると、ルール数が極めて多くなり、このためワー
クステーションの処理時間も大になるが、本発明では、
予め、複数個の材質別溶解順序のモデルを知識データと
して登録しておき、このモデルの一つを選択するように
したので、ルール数も少なくなり処理時間も短縮され、
実行可能な鋳造日程計画が短時間で作成できるからであ
る。

２）エキスパートシステムを用いたために、各種の制約
条件、製造技術上のノウハウも取り入れることができ、
作成ミスもなくなった。また、従来、鋳造日程計画の作
成は、ベテランによる専門職的な仕事であったものが、
他の人でもできるようになった。

３）エキスパートシステムを用いるために、生産技術上
のノウハウ等の知識の追加、修正が簡単にでき、ソフト
変更の工数を少なくすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム構成図、第２図は製品マスタ
ーデータのデータ構成を示す一例、第３図はセグメント
パターン組み合わせ知識の一例を示す図、第４図は材質
別の溶解順序パターン知識の一例を示す図、第５図は本
発明の処理手順を示すフローチャート、第６図はセグメ
ントパターンの組合せ処理手順を示すフローチャート、
第７図は本発明で作成した鋳造日程計画表の一例を示す
図である。 1:ホストコンピュータ、2:ワークステーション、3:デー
タベース部、4:知識データ部、5:推論エンジン、6:マン
マシンインターフェース、7:プリンタ、3a:製品マスタ
ーデータ、3b:鋳造要求データ、3c:鋳造日程計画デー
タ、4a:セグメントパターン組合せ知識、4b:溶解順序知
識、4c:鋳造順序知識。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−130678（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−216403（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237854（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196368（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−255614（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多材質に対応しかつ複数品名のパターンを
   鋳型１枠分に組合わせて造型するセグメントパターン方
   式を採用している鋳造ラインの、所定鋳造予定日に鋳造
   すべき品名パターンの組合わせと、その鋳造順序、枠数
   を決める鋳造日程計画を、顧客からの要求に基いて予め
   作成した日別、品名別の鋳造要求個数の入力情報をもと
   に、推論エンジンにより、品名毎の鋳造データや、製造
   上の制約条件やノウハウを登録した記憶部を検索して、
   演算、編集処理をして作成する鋳造日程計画作成方法で
   あって、 前記入力情報の中の鋳造予定日に鋳造すべき全品名に対
   し、品名毎の溶解材質、鋳造１枠当たりの製品込数及び
   注入重量データを登録した製品マスターデータを検索し
   て該品名の登録データを取込み、必要な鋳造要求個数か
   ら、まず仮の鋳造枠数と仮の溶解重量を算出し、同一材
   質毎に仮の鋳造枠数順になるように配置してメモリに記
   憶し、 同一材質毎に、前記配置中の品名どうしを、セグメント
   パターン組合せ知識に登録された、組合せ不可の品名の
   組合わせかどうかを判定し、登録されていない組合わせ
   であれば、これらの品名を、該品名の仮の鋳造枠数が少
   ない方の数を鋳造枠数としたセグメントパターン組合わ
   せ済鋳型データとして記憶するとともに、前記で残枠を
   生じた品名の残枠分は未組合わせ品とし、配置中の全品
   名について組合わせ処理を行い、推論エンジンによる処
   理で組合わせ不能なものが残った場合や特急品の追加が
   ある場合は、マンマシンインターフェースで人が組合わ
   せ処理を行なって入力し、対象品名の鋳造要求個数が鋳
   造できるセグメントパターン組合わせ済鋳型データを作
   成記憶し、 前記で求まる必要材質と溶解重量を、多材質の鋳造を行
   う際の複数の溶解順序モデルとその選定ルールを登録し
   た溶解順序知識に参照し、所定の溶解順序モデル材質溶
   解順序を選択して、材質溶解順序を決定し、 同一材質内のセグメントパターン組合わせ済鋳型の鋳造
   枠数の大小から決めた鋳造順序知識のルールに基づき、
   前記求めた同一材質内での各セグメントパターン組合わ
   せ済鋳型の鋳造枠数を検索して、鋳造順序知識に適合す
   るようセグメントパターン組合わせ済鋳型の鋳造順序を
   編成し直し、 前記材質溶解順序と同一材質内のセグメントパターン組
   合わせ済鋳型の鋳造順序を組合わせて、鋳造予定日のセ
   グメントパターンとして組合わせられる品名と、鋳造順
   序と、鋳造枠数を決定することを特徴とする鋳造日程計
   画作成方法。