JP5018641B2 - 生産管理システムおよび生産管理方法 - Google Patents

Description

この発明は、生産対象の製品の種類や生産数量を外部からの注文に応じて変更しながら生産を行う現場に適用される生産管理システムに関する。

近年の国内の生産現場では、同一規格の製品を大量生産する大規模な生産ラインに代わり、顧客からの注文に応じて様々な種類の製品を求められた数だけ生産するために、セル生産方式を導入するケースが増えている。

セル生産方式の生産ラインは、一般に、１または数名の作業者が各種機械や工具を使用しながら、複数の工程を順に実行するように構成されている（特許文献１参照。）。またロボット等の作業単位を含む生産セルを複数配備し、各セルの作業単位やプログラムの変更によって生産品種の変更に容易に対応できるように構成された生産ラインも提案されている（特許文献２参照。）。

特開２００５−１３５０２２号公報 特開２００４−１８２５５８号公報

従来のセル生産は、生産対象の製品や生産数量の変更に容易に対応することを目的とするが、その対応可能な範囲は、同種または類似する製品の生産にとどまっている。また構成や使用目的等が異なる様々な分野の製品を、注文に応じて生産すると、ラインの構成を変更する作業（段取り替え）の頻度が増え、かえって生産効率が低下するおそれがある。

この発明は上記の点に着目し、外部からの注文に応じて生産ラインの構成や機能を変更することが容易で、どのような注文にも効率良くかつ的確に対応できるようにすることを課題とする。

一般に、１つの製品を生産するには、注文された製品を構成する各種コンポーネント（たとえば制御基板、筐体、電源装置など）毎に、そのコンポーネントを製作する工程を実行し、さらに、完成した各コンポーネントを所定の手順で組み立てる工程、完成体が正常に動作するか否かを検査する工程、完成した製品を梱包する工程などを、実行する必要がある。

上記の各工程は、それぞれ処理の目的や内容に応じて、「要素作業」と呼ばれる単位に分解することができる。各要素作業の具体的な内容は生産される製品によって変動するが、たとえば、「はんだ付け」「ネジ締め」「梱包」のように、各種製品の生産に共通する概念の語を用いて表すことが可能である。

この発明では、上記の点に着目し、製品の生産に関する一連の工程を複数の生産セルで分担して実行するように構成されるとともに、独立して動作可能な生産管理システムを含む複数の生産ラインと、生産すべき製品および生産数量ならびに納期を表す情報を含む注文データを外部から受け付けた後に、各生産ラインのライン管理システムとの協働作業によって注文データに応じた生産を実行する生産ラインを決定する受注処理システムとを具備するように、生産管理システムを構成する。

上記のシステムにおいて、各生産セルには、それぞれ所定の概念の要素作業を実行する複数種の処理装置の中から当該セルで分担する工程に含まれる要素作業を実行する機能を備えるものとして選択された任意数の処理装置が、組み替え自由に配備される。

受注処理システムは、外部から受け付けた注文データを各生産ラインのライン管理システムに送信して、この送信に対する各ライン管理システムからの返信を受け付けた後に、これらの返信に基づき注文データを割り当てる生産ラインを決定して、決定した生産ラインのライン管理システムに当該決定を通知する。
さらに、各生産ラインのライン管理システムには、以下の記憶手段、変更点判別手段、返信手段、変更点報知手段、が含まれる。

記憶手段には、複数種の製品について、それぞれその製品の生産に必要な工程および各工程に含まれる要素作業を実行するための処理装置の構成を示すライン設計データが、生産能力別に複数登録される。変更点判別手段は、受注処理システムから注文データの送信を受けたとき、その注文データに対応する製品を当該注文データが示す生産数量および納期に従って生産するためのライン設計データを記憶手段から読み出して、読み出されたライン設計データを現在の自ラインに適用されているライン設計データと照合することにより、現在適用されているライン設計データによる構成から前記読み出されたライン設計データによる構成に変更するために必要な段取り替えの内容を判別する。

返信手段は、変更点判別手段により判別された段取り替えを実施するのに必要な時間の長さ、または自ラインで実施されている処理を完了するのに必要な時間に上記の段取り替えを実施するのに必要な時間を加えた時間の長さを算出し、算出された時間長さを示す情報を注文データに対する返信として受注処理システムに送信する。

変更点報知手段は、上記の返信後に受注処理システムからの決定通知を受けたとき、変更点判別手段により判別された段取り替えの内容を作業者に報知する。
また、受注処理システムは、複数の生産ラインのうち、注文データの送信に対して最も短い時間を示す情報を返信した生産ラインに当該注文データを割り当てることを決定する。

上記のシステムによれば、各生産ラインには、割り当てられた生産を実行するための一連の工程毎に生産セルが設けられ、各セルに配置された任意数の処理装置により、それぞれのセルが分担する要素作業が実行される。ここで、各処理装置はセルに対して組み替え可能に配置されているので、処理装置の交換、撤去、増設を行うことによって、セル単位での構成や機能を変化させることができる。また、これらの処理をセル内の全ての処理装置に対して実行することにより、セル単位での交換、撤去、増設を行うこともできる。

ライン管理システムの記憶手段に登録されるライン設計データには、たとえば、生産セルの数および各生産セルに配置すべき処理装置の種類、ならびに各処理装置に持たせるべき機能などが含まれる。よって各種製品毎に登録されたライン設計データにより、注文に応じて変更すべき構成を容易に判別することができるから、その判別結果に応じて処理装置の編成を組み替えることによって、ラインの構成を注文に対応するものに容易に変更することができる。

たとえば、現在生産中の製品とは別の仕様の製品が注文された場合でも、各生産セルで実行すべき要素作業が同じ概念のものであれば、処理装置の一部の機能を変更することで対応することができる。一方、変更前には実行していなかった概念の要素作業を実行する必要がある場合には、その要素作業を実行する機能を有する処理装置を増設、または処理装置の交換を行う。また、変更前に実行していた要素作業の一部が不要になった場合には、その要素作業を実行する機能を有する処理装置を撤去する。さらに、要素作業の内容を大幅に変更する必要がある場合には、生産セル全体の入れ替え、撤去、増設を行う。

さらに、上記の生産管理システムでは、外部からの注文データを受け付けたとき、各ラインから受注処理システムに、それぞれ自ラインで注文データに応じた生産を行う場合に必要となる段取り替えに要する時間の長さ、または注文データに応じた生産を開始するまでにかかる待ち時間の長さを表す情報を送信し、これらの情報が示す時間長さが最も短い生産ラインに注文データを割り当てる。よって、最も早く段取り替えを行うことができる生産ラインや、最も早く生産を開始できる生産ラインなど、注文に応じた生産を実行する上で有利な生産ラインを選択して、そのラインに生産を行わせることが可能になる。

上記の生産管理システムの第１の態様では、複数種の処理装置は、それぞれ同一または類似する概念を有するもの毎にグループ化された複数種の要素作業の中の１グループが割り当てられると共に、着脱可能な複数とおりの治具の装着状態によって当該処理装置で実行される要素作業が変更されるように構成される。また各ライン管理システムの変更点報知手段は、変更点判別手段が、所定の処理装置で治具の装着状態を変更する段取り替えの必要があると判別した後に受注処理システムからの決定通知を受けたとき、先の判別結果に応じて治具の装着状態の変更に関する情報を表示する。

上記の生産管理システムの第２の態様では、変更点報知手段は、変更点判別手段が、生産セルの構成を変更する段取り替えの必要があると判別した後に受注処理システムからの決定通知を受けたとき、先の判別結果に基づき、生産セルの構成の変更に関する情報を表示する。

上記２つの態様によれば、注文データに応じた生産を実行するために処理装置や生産セルの構成を変更する必要がある場合には、実際にその注文データが自ラインに割り当てられたときに、変更すべき構成に関する表示が行われるので、無駄がなく、作業員に必要な作業を迅速かつ的確に行わせることができる。

また１番目の態様においては、複数種の処理装置を、それぞれ治具の装着状態の変更に応じて制御プログラムを変更すると共に、少なくとも１つの処理装置を、治具の装着状態を変更することなく制御プログラムを変更する処理のみによって、実行する要素作業を変更できるように設定することができる。

本発明は、製品の生産に関する一連の工程を複数の生産セルで分担して実行するように構成されるとともに、独立して動作可能なライン管理システムを含む複数の生産ラインを含む生産現場において、生産すべき製品および生産数量ならびに納期を表す情報を含む注文データを外部から受け付けて、その注文データに応じた生産を実行する生産ラインを決定する方法に適用される。
この方法では、各生産セルに、それぞれ所定の概念の要素作業を実行する複数種の処理装置の中から当該セルで分担する工程に含まれる要素作業を実行する機能を備えるものとして選択した任意数の処理装置を組み替え自由に配置することとして、生産ライン毎に、複数種の製品につきそれぞれその製品の生産に必要な工程および各工程に含まれる要素作業を実行するための処理装置の構成を示すライン設計データを、生産能力別にそれぞれ複数登録する。そして、複数の生産ライン毎に、そのラインにつき登録されたライン設計データ群の中から注文データに対応する製品を当該注文データが示す生産数量および納期に従って生産するためのライン設計データを特定するステップと、特定されたライン設計データを現在適用されているライン設計データと照合することにより、現在のライン設計データによる構成から特定されたライン設計データによる構成に変更するために必要な段取り替えの内容を判別するステップと、判別された段取り替えを実施するのに必要な時間の長さ、または現在のラインで実施中の処理を完了するのに必要な時間に段取り替えの時間を加えた時間の長さを算出するステップとを実行し、複数の生産ラインのうち、算出された時間の長さが最も短くなった生産ラインで注文データに応じた生産を実行することを決定する。
上記の方法によれば、段取り替え時間や処理待ち時間が最も短い生産ラインに注文データを割り当てることが可能になるので、処理の効率化や、注文への迅速な対応を行うことが可能になる。

本発明によれば、生産する製品に応じて構成や機能を容易に組み替えることが可能な複数の生産ラインの中から、顧客からの注文に応じた生産を実行するための段取り替え時間または処理待ち時間が最も短い生産ラインを自動判別して、その判別した生産ラインで注文を受け付けることができる。よって、構成や用途の異なる種々の製品を対象する場合でも、各注文に効率良くかつ的確に対応することができ、生産性を高めるとともに、客サービスを向上することができる。

図１は、生産管理システムの一構成例を示す。
この実施例の生産管理システムは、使用の用途や機能が異なる複数種の製品を対象にした受注生産を行うためのもので、自律動作が可能な複数の生産ライン１、受注処理装置２、生産実行システム３、受注・出荷管理システム４などにより構成される。

受注処理装置２はサーバ型コンピュータにより構成される。各生産ライン１（以下、「ライン１」と略す。）には、複数の生産セル１１（以下、「セル１１」と略す場合もある。）が処理の順序に沿って配列されるとともに、ライン制御装置１０が設けられる。ライン制御装置１０は、専用のプログラムが導入されたパーソナルコンピュータであって、通信回線を介して受注処理装置２および各生産セル１１内の制御装置（後記するセル制御装置１２）に接続されている。さらに、受注処理装置２は生産実行システム３に接続され、生産実行システム３は受注・出荷管理システム４に接続されている。

受注・出荷管理システム４は、システム外のコンピュータネットワークシステム（たとえばインターネット）を介して顧客からの注文を受け付ける処理や、注文に応じた製品の出荷管理に関する情報処理を実行する。生産実行システム３（一般に「ＭＥＳ」（Manufacturing Execution Systemの略）と呼ばれる。）は、受注処理装置２および各ライン１の動作を把握して、生産に関する種々の情報を統合管理する。

受注・出荷管理システム４では、アクセスしてきた注文者から、注文者の名称、受注日、生産すべき製品を表す情報（製品種別コード、機種名、型番など）、生産数量、納期などの情報の入力を受け付け、これらを含む注文データを作成する。この注文データは、受注・出荷管理システム４内のデータベースに保存されるとともに、生産実行システム３に渡され、さらに生産実行システム３から受注処理装置２に渡される。

この実施例の各ライン１は、構成や機能の異なる種々の製品の生産に対応するために、各生産セル１１の数や構成を容易に変更できるように設計されている。図１では、便宜上、いずれのライン１も４つの生産セル１１が配置されているものとしているが、実際には、セル１１の数や各セル１１の構成、および各セル１１が分担する作業内容の組み合わせは、各ライン１で生産される製品に応じて変動する。

さらに、この生産管理システムでは、各ライン１が稼働している状態下で新たな注文を受け付けたとき、受注処理装置２と各ライン１のライン管理システム（ライン１に含まれるすべてのコンピュータによるシステム）とが協働して、注文を割り当てるライン１を決定する。注文が割り当てられたライン１では、現在実行中の生産を終了した後に、つぎの生産のための段取り替えの内容を作業者に報知し、段取り替えが完了すると、新たな生産を開始する。

以下、各ライン１の構成について詳細に説明する。
図２は、ある製品Ｘを生産するライン１で実行される各種作業と各生産セル１１の構成との関係を表した概念図である。なお、以下の説明では、各生産セル１１を、ローマ数字を用いて生産セルＩ，II，III・・・のように識別して示す。

図２によれば、製品Ｘの生産は、内容が異なる複数の工程（１）（２）（３）・・・を所定の順序で実行することにより実現する。さらに、これらの工程（１）（２）（３）・・・に含まれる各種作業を、所定の結果を得るための作業毎にとりまとめることによって、各工程（１）（２）（３）を所定数の作業群ａ，ｂ，ｃ・・・に分割することができる。以下では、各作業群のａ，ｂ，ｃ・・・を「要素作業」という。

ここで工程（１）（２）（３）・・・毎に生産セルＩ，II，III・・・が配備されるものとすると、各生産セルＩ，II，IIIには、それぞれ分担した工程に含まれる要素作業毎に、その作業を実行するための設備を設ける必要がある。この点に鑑み、本実施例では、「機能ユニット」または略して「ユニット」と呼ばれる独立型の処理装置を複数種用意し、各工程（１）（２）（３）・・・に含まれる要素作業ａ，ｂ，ｃ・・・毎に、その作業を実行する機能を有するユニットＡ，Ｂ，Ｃ・・・を選択することによって、各生産セルＩ，II，IIIの具体的な構成を定めるようにしている。

なお、上記のユニットＡ，Ｂ，Ｃ・・・には、対応する要素作業を完全自動で行うタイプのものもあれば、作業員による作業を必要とするものもある。また、各要素作業には、原則として１台ずつユニットが設けられるが、他より処理速度の遅い要素作業や処理内容が複雑な要素作業には、複数台のユニットが設けられる場合もある。

図２に示したような各種要素作業と各生産セルとの関係を構築するためには、あらかじめ、対象となる製品群とそれらを生産する生産ライン、生産セル、及び機能ユニットの構造を階層的に決定することが重要となる。

ここで対象とする加工組立型の製品は、一般的にはコンポーネントの組み合わせで構成され、コンポーネントは複数の部品の組み合わせで構成される。部品を組み合わせてコンポーネントを作り上げるためには、加工、接合、組立などの作業が行われる。これらの作業を生産要素とすると、コンポーネント毎に必要な生産要素が決定できる。
一方、生産ラインは前述したとおり複数の生産セルで構成され、生産セルは複数の機能ユニットで構成される。このとき、生産要素毎に必要となる機能ユニットを決定することにより製品構成と生産ライン構成がマッチングのとれた構造として決定できる。

製品を最適なコンポーネントに分解するには、例えば以下の手順で検討することができる。

１）対象の商品群を定義する。この際、顧客のカスタマイズニーズを見極めることが重要となる。
２）次に、定義した商品群で必要となる商品機能を品質機能展開（QFD ： Quality Function Deployment）などの手法を活用し、機能系統図に展開する。品質機能展開については、一般的に知られているが、例えば下記の特許文献３等に記載がある。

３）将来に予想される顧客のカスタマイズニーズの追加による要求仕様の変化を見越し、最適なコンポーネント及び部品を効率的な多品種少量生産に適する観点を加えて定義する。具体的には、例えば下記の非特許文献に記載されたグループ・テクノロジー（GT : Group Technology）の概念、手法が有益である。

特開２００４−３６２４８０号公報 Group Technology - Applications to production management, Kluerw-Nijhoff Publishing、I. Ham, K. Hitomi, T. Yoshida (1985).

図３に製品、及び生産ライン構成を階層化し、その各々の構成要素がマッチングされた構造概念を示す。図３で示したとおり、製品には生産ライン、製品のコンポーネントには生産セル、製品のコンポーネントを生産するための生産要素には生産セルの構成要素である機能ユニットが相似的に対応する。

図４は、加工組立型の製品（具体的にはＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ））を生産する場合を例に、各工程および要素作業に応じて定められたラインの構成を具体的に示す。

この図４によれば、ＰＬＣの生産には、「基板製作」「端子台接続」「最終検査」「梱包」を含む複数種の工程が必要であり、これに応じてライン１には、「実装セル」「後付け実装セル」「検査セル」「梱包セル」等の名称の生産セルが設けられる。

各生産セルの具体的な構成は、それぞれ分担する工程に含まれる要素作業により決定される。図示されている範囲で説明すると、基板製作工程を実行する実装セルには、「はんだ塗布」「部品登載」「はんだ付け」「検査」の各要素作業を実行するために４種類のユニットが配備される。また端子台接続工程を実行する後付け実装セルには、「部品組み付け」「ネジ締め」「検査」の各要素作業を実行するために３種類のユニットが配備される。

一方、最終検査工程に含まれる要素作業は「検査」のみであるため、この工程を実行する検査セルに配備されるユニットは１種類のみとなる。梱包工程を実行する梱包セルには、「ラベル貼り」「梱包・印字」の各要素作業を実行するために２種類のユニットが配備される。

この実施例では、あらかじめ各種製品の生産について、図４と同様の分析を行うことによって、生産に関わる一連の処理に含まれる工程や要素作業を特定し、これらに基づきライン設計データを作成する。ライン設計データには、生産セルの数、各生産セルに配置されるユニットの識別コード、各ユニットに設られる治具の識別コードなど、ライン１の具体的なハードウェア構成に関する情報が含められる。作成されたライン設計データはデータベース化されて、各ラインのライン管理装置１０に登録される。

さらにこの実施例では、各種要素作業を、同一または類似する概念を有するもの毎にグループ化して、グループ毎に、そのグループに属する複数の要素作業を選択して実行することが可能なマルチ機能のユニットを準備している。さらにこれらのユニットをセルに容易に着脱できるように構成することによって、生産対象の製品が変更された場合にも、その変更に応じた段取り替えを短時間で実行できるようにしている。

ここで、マルチ機能型のユニットを有するセルの具体例として、検査セルを説明する。
図５は、検査セルの外観を模式的に示したものである。この検査セル１００は、キャスター付の支持台１０１の上面に、検査ユニット１０２を２台まで配置できるように構成されている。各検査ユニット１０２は、大きさや形態が統一された筐体１０３の内部に４つの検査治具Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを組み込んだ構成のもので、電源ラインおよび後記するユニットルータ１６（図８に示す。）に接続することによって、検査セル１００内に導入することができる。反対に、電源ラインおよびユニットルータ１６による検査ユニット１０２の接続を解除すれば、この検査ユニット１０２は検査セル１００の構成から外れ、支持台１０１から移動させることが可能になる。

各検査治具のうち、治具Ｐは単独で着脱が可能である。治具Ｑ，Ｒ，Ｓは一体化されているが、治具Ｑは治具Ｒに着脱可能に取り付けられ、治具Ｒは治具Ｓに着脱可能に取り付けられている。

この実施例では、構成の異なる複数の製品の「検査」という要素作業に対応するために、検査治具Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓをそれぞれ複数タイプ製作し、これらの中から検査対象の製品に応じたタイプを選択して筐体１０３内に組み込むようにしている。また、検査ユニット１０２には、後記する制御部１７（図８に示す。）が設けられ、この制御部内に、対応可能な各種製品の検査に関するプログラム（検査に用いられるパラメータ情報なども含む。）が登録される。

さらに、この実施例の検査セル１００には、モニタ１４が設けられる。このモニタ１４は、通常は、検査対象のワークの画像や検査結果の表示に用いられるが、生産対象の製品の変更に応じて段取り替えを行う必要が生じた場合には、段取り替えの具体的な内容を示す情報がモニタ１４に表示される。作業員は、この表示に基づき、検査治具Ｐ〜Ｓや検査ユニット１０３の交換作業を行う。

また、ここには図示していないが、各治具Ｐ〜Ｓの端面には自己の識別コードが格納されたＲＦＩＤタグが設けられ、また筐体１０３内にも、各治具Ｐが装着される位置および治具Ｑ，Ｒ，Ｓが装着される位置に、それぞれＲＦＩＤ用のアンテナ部が設けられている。これらのアンテナ部は、後記するラインの構成の確認処理において、ＲＦＩＤタグから識別コードを読み取るために使用される。読み取られた識別コードから治具Ｐ〜Ｓが適切でないと判断された場合には、モニタ１４にその旨が表示される。

図６は、上記構成の検査セル１００で実行可能な段取り替えの内容を、変更される範囲の大きさに応じてレベル分けして示す。

同図において、レベル０は、プログラムのみを変更するもので、制御部１７内で自動的に行われる。その他の段取り替えでは、プログラムを変更するとともに、検査治具の交換作業が必要になる。具体的には、レベル１では、治具Ｐのみを交換し、レベル２では、治具Ｐ，Ｑを交換し、レベル３では、治具Ｐ，Ｑ，Ｒを交換する。さらに、レベル４では、すべての治具Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓを交換する。

レベル０〜４の段取り替えは、いずれも、検査ユニット１００の本体（筐体１０３や制御部を含む。）を移動させることなく、治具を交換することにより機能を変更するものである。レベルの数字が大きくなるほど、機能の変更範囲は拡大されるが、レベル３の段取り替えでは、治具Ｑ，Ｒの交換を一括で実行でき、レベル４の段取り替えでは、治具Ｑ，Ｒ，Ｐの交換を一括で実行できるので、作業の負荷はさほど大きくはならない。

つぎにレベル５では、検査ユニット１０３の全体を別の構成のユニットに変更する。さらに、レベル６では、２台の検査ユニットを、ともに別の構成のものに変更することによって、セル全体の構成を変更する。ただし、レベル６を実行する場合でも、支持台１００やセル制御装置１２は、交換せずに、そのまま使用することができる。

上記の各レベルの段取り替えに関しては、２台の検査ユニット１０２に対して同内容の段取り替えが実施される場合もあるが、一方の検査ユニット１０２のみで段取り替えが行われたり、各検査ユニット１０２にそれぞれ別の内容の段取り替えが行われることもある。また、検査ユニット１０２を１台撤去したり、もう１台、検査ユニット１０２を追加するなどの段取り替えを行うことも可能である。

また、上記の実施例では、各治具を交換する方法により検査ユニット１００の機能を変更しているが、これに限らず、所定の治具を取り外すことによって、それまで設定されていた機能の一部を除去したり、新たな治具を追加することによって、機能を追加することも可能である。

検査セル以外のセルに導入されるユニットについても、上記の例と同様に、プログラムや治具の変更によって、複数種の製品に関する要素作業を実行可能なユニットが製作される。このような構成のユニットを使用することによって、製品毎に専用の設備を配備する必要がなくなり、コストを削減することができる。また、段取り替えの負荷も大幅に軽減することができる。

つぎに、図７は、図２に示した生産セルＩ，II，IIIによる生産ライン（上段に示すもの）を例に、生産対象の製品の変更に応じてラインのハードウェア構成を変更する事例を示す。同図では、各生産セルやセル内に含まれるユニットを、それぞれ矩形枠により示すとともに、段取り替えが行われた箇所を極太線の枠で示している。

同図において、『事例１』〜『事例４』は、１つのセル内の一部構成を変更するものである。まず、『事例１』では、生産セルIIの２つのユニットＤ，ＥのうちのユニットＥについて、治具の変更により機能を変更する段取り替えを行うことにより、ユニットＥをユニットＥ´に変更している。

つぎに、『事例２』では、生産セルIIに、ユニットＥをもう１台追加している。反対に、『事例３』では、生産セルIIIの３つのユニットＦ，Ｇ，ＨのうちのユニットＨを撤去している。また『事例４』では、生産セルＩのユニットＣを、他の構成のユニットＩに交換している。

『事例１』『事例２』『事例３』のような段取り替えは、たとえば、変更前と同じカテゴリに属するが一部の仕様が異なる製品を生産したり、変更前と同一の製品であるが、生産数が増加したり、納期が短いために処理能力を高める必要が生じた場合などに、適用される。また『事例４』の段取り替えは、基本的な工程の組み合わせは変わらないが、ある要素作業の内容が大幅に変更される場合や、全く別の概念の要素作業を導入する必要がある場合に行われる。

つぎに、『事例５』〜『事例７』は、セル単位での段取り替えの例を示す。『事例５』では、各生産セルＩ，II，IIIをそのまま維持して、さらに生産セルIIIをもう１つ追加している。『事例６』では、生産セルＩ，IIIの構成は維持されるが、生産セルIIが撤去されている。『事例７』では、生産セルIIIが撤去されて、構成が全く異なる生産セルIVが導入されている。

『事例５』は、生産対象の製品は変わらないが、生産数や納期に応じてセル単位での処理能力を高める必要がある場合に適用される。これに対し、変更前とは構成が異なる製品を生産する場合には、『事例６』や『事例７』のような段取り替えが行われる。

なお、図７では、段取り替えの概念を示すために、変更箇所を一箇所に限定しているが、実際には、複数のセルにおいて様々なレベルの段取り替えが行われる可能性がある。また、生産対象の製品が変更される場合には、構成が変更されていないセルを含む全てのセルにおいて、実行するプログラムを変更する必要がある。

図８は、生産ライン１における電気構成を示す。この図でも、図２に示した生産セルＩ，IIの構成を前提とするが、参照の煩雑さを避けるために、各生産セルＩ，IIを図１と同様の符号１１により総称する。また、各生産ユニットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅも、同様の理由で符号１３により総称する。

各生産セル１１には、それぞれセル制御装置１２が設けられる。これらのセル制御装置１２もライン制御装置１０と同様に、専用のプログラムが格納されたパーソナルコンピュータにより構成されるもので、ラインルータ１５を介してライン制御装置１０に接続される。

各生産セル１１のユニット１３は、それぞれユニットルータ１６を介して自セル内のセル制御装置１２に接続される。また各セル制御装置１２には、それぞれ前出のモニタ１４が接続される。また、各ユニット１３にも、それぞれマイクロコンピュータによる制御部１７が設けられる。ラインルータ１５およびユニットルータ１６は、ともに、所定数を上限に、任意の数の装置を接続できるように構成されている。

ライン制御装置１０には、受注が可能なすべての製品について、先に説明したライン設計データが登録されている。なお、各製品のライン設計データには、一定量までの製品を生産する場合に適用する標準的なライン構成を示すデータのほか、生産能力を高める必要がある場合に適用する構成（たとえば図７の事例１，２，４，５）を示すデータが含まれる。

セル制御装置１２やユニット１３の制御部１７には、自装置の識別コードや属性を送信する機能が付与されている。さらに、ユニット１３の制御部１７には、自装置で対応可能なすべての製品について、それぞれ該当する要素作業を実行するためのプログラムが登録されており、セル制御装置１２から後記するプログラムの実行指令を受けると、その指令に応じたプログラムを選択して実行するように設定されている。

この実施例では、新たな注文により注文データが生成されたとき、各生産ラインの中から、段取り替えに要する時間（以下、「段取り替え時間」という。）または生産を開始するまでの時間（以下、「処理待ち時間」という。）が最も短いものを判別して、その生産ラインに注文データを割り当てるようにしている（いずれの時間を算出するかは、あらかじめユーザの設定作業により定められ、ライン間でも統一されているものとする。）。この割り当てを受けたラインでは、実行中の生産が完了すると、必要な段取り替えを実行し、生産を開始する。

以下、注文データの割り当てられるラインを決定する処理の詳細を、受注処理装置２の処理、およびライン１側の処理に分けて説明する。

図９は、受注処理装置２が生産実行システム３から注文データの送信を受け付けたときに実行する処理の流れを示す。同図の各ステップの符号を参照して説明すると、注文データの送信を受けると、まずその注文データを各ライン１に送信し（ＳＴ１１）、各ライン１からの返信に待機する（ＳＴ１２）。

上記の注文データの送信を受けたライン１では、それぞれ図１０のＳＴ１０１からＳＴ１０５までの各ステップを実行して、受注処理装置２に段取り替え時間または処理待ち時間を返送する。受信処理装置２では、各ライン１のうち、最も短い時間を返送したラインを注文データを割り当てるラインとして決定し、このラインに生産指示を送信する（ＳＴ１３，１４）。
なお、上記の処理における実質的な通信の相手は、ライン制御装置１０である。

つぎに、図１０は、ライン側の処理の流れを示す。この一連の処理のうちＳＴ１０３までは、ライン制御装置１０により実行されるが、ＳＴ１０４の処理には、ライン制御装置１０のほか、各セル１１のセル制御装置１２や各ユニット１３の制御部１７が関わって実行する。

まず、受注処理装置２から注文データの送信を受けると、その注文データが示す製品、納期、生産数等に応じて、その注文に対応するライン設計データを読み出す（ＳＴ１０１）。

つぎに、読み出したライン設計データ（以下、「新規ライン設計データ」という。）を、現在適用されているライン設計データと比較することによって、ハードウェア構成の変更が必要な箇所を表す段取り替えデータを作成する（ＳＴ１０２）。たとえば、構成の変更が必要なセル１１がある場合には、新規ライン設計データからその変更箇所に対応する部分を切り出し、これを段取り替えデータとする。また、撤去すべきセル１１がある場合には、そのセル１１の識別情報に撤去を表すフラグを付したものを段取り替えデータとする。また、セル１１の増設を行う必要がある場合には、新規ライン設計データから増設するセル１１に対応する部分を切り出すとともに、このセルを挿入する位置を示すデータを作成し、これら２種類のデータを含む段取り替えデータを作成する。

上記のようにして段取り替えデータが作成されると、新規ライン設計データおよび段取り替えデータをライン制御装置１０内のメモリに保存する（ＳＴ１０３）。

つぎに、段取り替え時間または処理待ち時間を算出する（ＳＴ１０４）。
このステップでは、まず、各セル１１がそれぞれセル単位での時間計算を行い、それらに基づきライン制御装置１０がライン全体の時間を決定する。たとえば、段取り替え時間を算出する場合には、ライン制御装置１０から各セル１１のセル制御装置１２に段取り替えデータが供給され、その段取り替えデータに基づき、セル制御装置１２が自セル内のユニット１３にそれぞれ段取り替え時間を計算させて、そのうちの最大値をセル単位での段取り替え時間として決定する。ライン制御装置１０では、各セル制御装置１２から段取り替え時間の送信を受けて、これらのうちの最大値をライン単位での段取り替え時間として選択する。

また、処理待ち時間を算出する場合には、上記と同様の要領でライン単位での段取り替え時間を算出するとともに、各セル１１において、現在実行中の処理が終了するまでにかかる時間を予測する。たとえば、上流のセル１１の予測結果を下流のセル１１の予測処理に反映させながら、上流のセル１１から順に処理終了時刻を予測し、最終のセル１１で予測された終了時刻を処理終了の予定時刻としてライン制御装置１０に送信する。ライン制御装置１０では、この予定時刻までの時間と段取り替え時間とを合計したものを処理待ち時間とする。なお、各セル１１で処理終了時刻を予測する処理も、セル制御装置１２および各ユニット１３の制御部１７の協働作業により実行される。

このようにして、段取り替え時間または処理待ち時間が算出されると、算出した時間を受注処理装置２に送信する（ＳＴ１０５）。この後、先のＳＴ１３，１４の処理を実行した受信処理装置２から生産指示が送信されると（ＳＴ１０６が「ＹＥＳ」の場合）、ＳＴ１０７〜１１２の各ステップを実行することによって段取り替えを実行する。一方、ＳＴ１０５のステップを実行してから所定時間が経過しても生産指示が送信されなかった場合（ＳＴ１０６が「ＮＯ」の場合）には、ＳＴ１０３で保存したライン設計データおよび段取り替えデータをクリアし（ＳＴ１１３）、処理を終了する。

つぎに、段取り替えを実行する場合について説明する。
まず、ハードウェアの変更を行う必要がない場合には、ＳＴ１０７が「ＹＥＳ」、ＳＴ１０８が「ＮＯ」となってＳＴ１１２に進み、ライン１内のすべてのユニット１３を、新たな生産対象の製品に対応するプログラムを実行する状態に設定する。具体的には、ライン制御装置１０からセル制御装置１２を介して各ユニット１３に、新たな生産対象の製品に対応するプログラムの実行指示を送信し、各ユニット１３の制御部１７が、この指示に応じたプログラムをロードする。ただし、生産対象の製品が現在と同一のものである場合には、プログラムの実行指示はセル制御装置１２で留められ、各ユニット１３でのプログラムの変更は行われない。

つぎに、ハードウェアの変更が必要な場合（ＳＴ１０８が「ＹＥＳ」の場合）には、変更対象となるセル１１のモニタ１４に、変更後の構成を示す情報を表示する（ＳＴ１０９）。具体的には、ライン制御装置１０から変更対象のセルのセル制御装置１２に、該当する段取り替えデータを送信し、セル制御装置１２がモニタ１４に表示すべき情報を送信する。作業者は、この表示を参照して、段取り替え作業を実行することができる。

つぎに、段取り替え作業が終了すると、その作業が適切であったかどうかを確認する。
この確認作業は、ライン全体の構成を新しいライン設計データ（ＳＴ１０３で保存されたもの）と照合するものである。

具体的な確認処理について説明すると、まず各ユニット１３では、治具に添付されているＲＦＩＤタグから識別コードを読み取り、読み取った識別コードを自装置本体の識別コードとともにセル制御装置１２に送信する。セル制御装置１２では、これらの情報に、さらに自装置の識別コードを添付してライン制御装置１０に送信する。

ライン制御装置１０は、各セル制御装置１２から送信された情報を保存していたライン設計データと照合することにより、各セル１１に正しいユニット１３や治具が設置されているかどうかを判断する。ここで、全てのセル１１の構成が適切であると判断した場合（ＳＴ１１０が「ＹＥＳ」の場合）には、各ユニット１３に新たな生産対象の製品に対応するプログラムの実行を指示する。これにより、ＳＴ１１２が実行され、新たな生産を開始することができる。

一方、いずれかのセル１１の構成に誤りがあると判断した場合（ＳＴ１１０が「ＮＯ」の場合）には、そのセル１１のセル制御装置１２に、判断結果を連絡する。この連絡を受けたセル制御装置１２では、付属のモニタ１４に、連絡された情報の内容を示すエラー表示を行う（ＳＴ１１１）。よって、誤った段取り替えが行われた場合には、その誤りが作業員に報知され、その誤りが是正されるまで報知が続けられる。また、上記の確認処理はラインの構成が適切になるまで繰り返し実行され、その間、各ユニット１３へのプログラムの実行指示が出されることがないので、ライン１は停止したままとなる。よって、誤ったライン構成による生産が実行されるのを防止することができる。

さらに、上記の処理では、段取り替えの対象のユニット１３やセル１１のみならず、すべてのユニット１３やセル１１を対象にして構成の適否を確認しているので、作業員が段取り替えの対象を誤って作業を行った場合にも、誤ったライン構成による生産が実行されるのを防止することができる。

なお、上記の実施例では、各ライン１にそれぞれライン制御装置１０を配置して、このライン制御装置１０を中心として図１０の処理を実行したが、ライン制御装置１０を配置せずに、各セル１１のセル制御装置１２のうちの１つにライン制御装置１０の機能をもたせるようにしてもよい。

また受注処理装置２についても、単独のコンピュータに限らず、複数のコンピュータにより構成してもよい。また、生産実行システム３内に受注処理装置２の機能を含めるようにしてもよい。

生産管理システムの構成例を示すブロック図である。 製品の生産のために実行される作業と生産セルの構成との関係を示す説明図である。 製品および生産ライン構造の概念図である。 図２の関係を具体化した説明図である。 検査セルの構成例を示す模式図である。 図５の検査セルで実行可能な段取り替えの内容をレベル分けして示す説明図である。 生産ラインのハードウェア構成を変更する事例を示す説明図である。 生産ラインの詳細な電気構成を示すブロック図である。 受注処理装置で実行される処理のフローチャートである。 生産ラインで実行される処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 生産ライン
２ 受注処理装置
１０ ライン制御装置
１１ 生産セル（Ｉ，II，III・・・）
１２ セル制御装置
１３ ユニット（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ・・・）
１４ モニタ
１７ 制御部

Claims (5)

1. 製品の生産に関する一連の工程を複数の生産セルで分担して実行するように構成されるとともに、独立して動作可能なライン管理システムを含む複数の生産ラインと、生産すべき製品および生産数量ならびに納期を表す情報を含む注文データを外部から受け付けた後に、各生産ラインのライン管理システムとの協働作業によって前記注文データに応じた生産を実行する生産ラインを決定する受注処理システムとを具備し、
   各生産セルには、それぞれ所定の概念の要素作業を実行する複数種の処理装置の中から当該セルで分担する工程に含まれる要素作業を実行する機能を備えるものとして選択された任意数の処理装置が、組み替え自由に配置されており、
   前記受注処理システムは、外部から受け付けた注文データを各生産ラインのライン管理システムに送信して、この送信に対する各ライン管理システムからの返信を受け付けた後に、これらの返信に基づき前記注文データを割り当てる生産ラインを決定して、決定した生産ラインのライン管理システムに当該決定を通知し、
   各生産ラインのライン管理システムは、
   複数種の製品について、それぞれその製品の生産に必要な工程および各工程に含まれる要素作業を実行するための処理装置の構成を示すライン設計データが、生産能力別に複数登録された記憶手段と、
   前記受注処理システムから前記注文データの送信を受けたとき、その注文データに対応する製品を当該注文データが示す生産数量および納期に従って生産するためのライン設計データを前記記憶手段から読み出して、読み出されたライン設計データを現在の自ラインに適用されているライン設計データと照合することにより、現在適用されているライン設計データによる構成から前記読み出されたライン設計データによる構成に変更するために必要な段取り替えの内容を判別する変更点判別手段と、
   前記変更点判別手段により判別された段取り替えを実施するのに必要な時間の長さ、または自ラインで実施されている処理を完了するのに必要な時間に前記段取り替えを実施するのに必要な時間を加えた時間の長さを算出し、算出された時間長さを示す情報を前記注文データに対する返信として受注処理システムに送信する返信手段と、
   前記返信後に前記受注処理システムからの決定通知を受けたとき、前記変更点判別手段により判別された段取り替えの内容を作業者に報知する変更点報知手段とを具備し、
   前記受注処理システムは、前記複数の生産ラインのうち、前記注文データの送信に対して最も短い時間を示す情報を返信した生産ラインに当該注文データを割り当てることを決定する、生産管理システム。
2. 前記複数種の処理装置は、それぞれ同一または類似する概念を有するもの毎にグループ化された複数種の要素作業の中の１グループが割り当てられると共に、着脱自由な複数とおりの治具の装着状態によって当該処理装置で実行される要素作業が変更されるように構成されており、
   前記各ライン管理システムの変更点報知手段は、前記変更点判別手段が、所定の処理装置で治具の装着状態を変更する段取り替えの必要があると判別した後に前記受注処理システムからの決定通知を受けたとき、先の判別結果に応じて治具の装着状態の変更に関する情報を表示する、請求項１に記載された生産管理システム。
3. 前記各ライン管理システムの変更点報知手段は、前記変更点判別手段が、生産セルの構成を変更する段取り替えの必要があると判別した後に前記受注処理システムからの決定通知を受けたとき、先の判別結果に基づき、生産セルの構成の変更に関する情報を表示する、請求項１に記載された生産管理システム。
4. 前記複数種の処理装置は、それぞれ治具の装着状態の変更に応じて制御プログラムを変更すると共に、少なくとも１つの処理装置は、前記治具の装着状態を変更することなく制御プログラムを変更する処理のみによって、実行する要素作業を変更できるように設定されている、請求項２に記載された生産管理システム。
5. 製品の生産に関する一連の工程を複数の生産セルで分担して実行するように構成されるとともに、独立して動作可能なライン管理システムを含む複数の生産ラインを含む生産現場において、生産すべき製品およびその生産数量ならびに納期を表す情報を含む注文データを外部から受け付けて、その注文データに応じた生産を実行する生産ラインを決定するための方法であって、
   各生産セルに、それぞれ所定の概念の要素作業を実行する複数種の処理装置の中から当該セルで分担する工程に含まれる要素作業を実行する機能を備えるものとして選択した任意数の処理装置を組み替え自由に配置することとして、生産ライン毎に、複数種の製品につきそれぞれその製品の生産に必要な工程および各工程に含まれる要素作業を実行するための処理装置の構成を示すライン設計データを、生産能力別に複数登録し、
   前記複数の生産ライン毎に、そのラインにつき登録されたライン設計データ群の中から前記注文データに対応する製品を当該注文データが示す生産数量および納期に従って生産するためのライン設計データを特定するステップと、特定されたライン設計データを現在適用されているライン設計データと照合することにより、現在のライン設計データによる構成から特定されたライン設計データによる構成に変更するために必要な段取り替えの内容を判別するステップと、判別された段取り替えを実施するのに必要な時間の長さ、または現在のラインで実施中の処理を完了するのに必要な時間に前記段取り替えの時間を加えた時間の長さを算出するステップとを、実行し、
   前記複数の生産ラインのうち、算出された時間の長さが最も短くなった生産ラインで前記注文データに応じた生産を実行することを決定する、ことを特徴とする生産管理方法。

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