JP5063444B2 - ライン生産管理支援方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、生産管理を支援するライン生産管理支援方法及び装置に関するものである。

製造業にとって製品の生産を需要にすばやく追随させることは経営の根幹に関わる問題である。従って、製品の性質にあった生産管理方法を習得することはきわめて重要である。現在、もっとも成功している生産方式としてトヨタ生産方式があげられる。

トヨタ生産方式はライン生産を基本とし、多人数で製品をつくり、連続的に製品を出荷できる。この方式では工程を平準化し、どの工程も一定の時間で一つの作業を終了することが特徴である。この時間をタクトタイムと呼ぶ。この方式ではタクトタイムを守ることが必要条件であって、作業員に技量（例えば溶接など）が要らないようにロボット等の機器を導入し作業員に技量によって時間変動がないように工夫されている。従って大きな設備投資が必要なため、大量生産に向いている。一方、大きな需要変動には対応しづらい。大きな需要変動があると、需要が極端に減った場合ラインに遊びがでてしまい作業員や機器の稼働率が下がってしまう。

さらに近年一人（または少人数）で製品全てを製造するセル生産方式という方式が成果をあげる例が出てきた。一人で製品のすべてを製造するため、作業員間の技量の差は問題とならない。これは需要の変動が季節などの理由で非常に大きい場合、生産量を作業員数で調節できるため需要変動に追随しやすい。この方式が効果を挙げるためには作業員を臨時に雇用したり解雇できたりするパートタイムのような労働形態が許される場合である。従って、製造作業自体は比較的技量を必要とせず、習得しやすい製品に適用できる。また、製品を構成する個々の部品が軽く一人で持ち運び出来るような製品であることが多い。

参考文献：生産管理 共立出版 ＩＳＢＮ４−３２０−０７１５０−６

このように従来の生産方式では、作業員に技量が要求されないような製品について対応している。しかし、製品の製造数が比較的少なく作業員の技量に頼る製品には従来の生産方式では対応できない。例えば先端技術を用いた製品や、開発を進めながら製品化するような高性能品にそのような例が多い。

この様な製品では、製造数が少ないため、多大な設備投資をするよりも、作業員の技量に頼った方が安く作れる。従ってセル生産を採用することは適わない。また、一定の出荷数がある場合は流れ生産にする方が効率的である。なぜならば作業員の習熟度を早く向上させることができるし、技量が必要な作業と簡単な作業を分けて、コストが高い技量のある作業員を効率的に割当てられるからである。

しかし製品の性質上，調整作業や部品加工上のばらつきに起因する時間ロス，確認作業など作業時間のばらつきが大きくなることが避けられないことが多い。この場合、従来方式であるトヨタ生産方式では十分対応ができない。

製品１台または複数台を作るのに必要な時間を製作終了時間と呼ぶことにする。トヨタ生産方式ではタクトタイムを常に一定になるようにするので製作終了時間は正確に予測できる。しかし、それぞれの工程の作業時間にばらつきがある場合は製作終了時間の把握は困難になる。

納期内に納品することはビジネス上重要であるため、生産シミュレーション手法が開発されている。しかし、どの手法についても主たる目的は材料となる資材をいつ購入するべきかという管理にあり、タクトタイムにばらつきがないことが前提となっている。

従って、作業時間にばらつきがある場合は、実績に基づいて十分な時間をとった納期を顧客に告げるかしかない。ビジネス上納期が長いこと不利である。

本発明の目的は、作業時間にばらつきを持つライン生産の製品において、終了確実時間を確率的に評価することで、当該製品のライン仕様を策定するライン計画の支援や、ライン稼動中でも人員配置を動的に実施し生産効率を向上させるための支援ができるような方法および装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援装置において、製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力手段と、前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定手段と、前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶手段と前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーション手段と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の生産管理支援装置は、稼動中のラインからデータを取得するラインデータ取得手段を備え、作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算する際に稼動中ラインの状態を初期値として計算することを特徴とするものである。

また、本発明の生産管理支援装置は、ラインデータ取得手段によって得たライン状態を記憶するラインデータ記憶手段を持ち、作業時間の確率分布を前記ラインデータ記憶手段に格納された実績データから生成することを特徴とするものである。

また、本発明の生産管理支援装置は、ラインを構成する作業単位をライン仕様とは別に記憶する作業単位記憶手段と、作業単位の属性であるばらつき要因とリカバリ方法も前記作業単位とは別に記憶するばらつき要因記憶手段と、を備えることによって、ライン仕様の作業割付の変更を可能としたことを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援方法において、製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、を備えたことを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援プログラムにおいて、製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、を備えたことを特徴とするものである。

更に、上記課題を解決するために、本発明は製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援プログラムを収めた媒体において、製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと、前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、を備えたことを特徴とするものである。

以上説明したように、本発明によれば、ばらつきを明示的に考慮したライン生産の管理を支援することが出来る。ライン計画時には、終了確実時間と遅れ要因を知ることで単に早いだけでなくラインに遅れが発生したときに対応しやすいライン仕様を計画することができる。

また、実稼動中のライン状態を取得することでライン稼動中でも製作終了時間を評価することができるので、動的に人員配置を変えるような生産管理方法を妥当性をもって採用することが可能になる。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

図１に本発明の一実施例の構成例を示す。作業順序入力手段１０１は作業手順データを入力する手段である。

図２を用いて作業手順データを説明する。作業手順データは製品を製造する一連の手順を、複数の作業単位２０１に分割し、その連携として記したものである。作業単位２０１の順序には制約条件がある。たとえば図２では作業１は作業２の前になければならないことを示す。また、作業４は作業２と作業３が終了しないと始められないことを示している。

ライン仕様記憶部１０２はライン仕様設定手段１０３で設定されたライン仕様データを一つ以上保持している。図３を用いてライン仕様データについて説明する。ライン生産は複数の作業場所からなっていて、作業員は作業場所に割り付けられた作業をこなす。ライン仕様データはステーションデータ３０１のリストとして表現される。ここでステーションとは、作業する物理的な場所のイメージであり、作業者リストと作業係数，作業単位リストを属性として持つ。作業者間に能力の差がないなど区別する理由がない場合は作業者リストの代わりに作業者数を保持しても良い。一般に複数人で作業しても、作業効率は人数倍にならず、若干効率が落ちる。この状態を模擬するのが作業係数である。たとえば、作業員が２人で作業係数が０.８であった場合、そこは１.６人で作業しているとみなして計算する。作業単位リストはステーションに割当てられた作業単位である。作業単位をステーションに割り付ける際は、作業手順データで表現された制約条件が考慮されなければならない。

作業単位２０１には、作業時間分布３０２とばらつき要因３０３とリカバリ方法３０４の属性を持つ。

作業時間分布は確率分布で与えられるデータであり、作業時間ｔで作業が終わる確率ｐを知ることができる。図５は作業時間分布が正規分布（平均１３０分，標準偏差２０分）であった場合を図示したものである。確率分布は解析的に与えられなくても数表で与えられても良い。

ばらつき要因３０３は作業単位２０１の作業時間が一定ではなく、ばらつきをもつ理由を言葉で記載したものである。例えば、作業員の技量，調整作業などが考えられる。リカバリ方法３０４はばらつき要因３０３によって作業に遅れが生じるケースを抑えるための工夫について記載したものである。たとえば作業員の技量が要因となる遅れを抑えるためには、作業員への訓練を施すことなどが記載される。

作業単位２０１の属性はライン仕様データと別に記憶しても良い。例えば図６に示すようなデータベースとして保持しても良い。こうすることで、ライン仕様設定手段１０４は例えば図４に示すようなユーザインターフェースを用いて入力することができる。このインターフェースでは、ステーションに対して作業単位記憶手段１０８にある作業単位を選択して設定するという操作や、作業員名，作業率の編集をすることができる。

ばらつき要因３０３とリカバリ方法３０４は通常一対である。従って図７に示すように作業単位２０１と別のデータとして記録しても良い。

ラインシミュレーション手段１０４はライン仕様記憶部１０２に保持された、ライン仕様データに基づいた生産シミュレーションをする手段である。

表示手段１０７は生産シミュレーションの結果に基づいて表示出力をする手段である。

ラインデータ取得手段１０５はシミュレーションの対象となる生産ラインの現状データを取得するための手段である。たとえば自動化ラインであれば電気的な信号からライン状態を取得することができる。また作業員の手作業が中心のラインであっても、最近ではＩＣタグなどを用いて作業員に負担なくライン状態を取得することが可能である。

ラインデータ記憶部１０６はラインデータ取得手段１０５で得た生産ラインの状態を記憶しておくためのデータベースである。なお作業単位２０１の作業時間分布３０２は、このラインデータ記憶部１０６が保持しているデータをもとに作成することもできる。すなわち、実際に観測されたラインデータの度数分布をとり、これを正規化することで作業時間分布を作ることができる。

次に、図８に示す機器構成において生産管理支援を行う手順を示す。

中央演算装置８０１は作業手順入力手段１０１，ライン仕様設定手段１０３，ラインシミュレーション手段１０４を含む。外部記憶装置８０２はライン仕様記憶部１０２，作業単位データベース１０８，ばらつき要因データベース１０９を含む。内部メモリ８０３はラインシミュレーション手段１０４の製造台数，シミュレーション回数を保持したり、プログラムを保持したりするための装置である。ディスプレイ８０４は表示手段１０７に対応する。キーボード８０５およびマウス８０６は作業手順入力手段１０１，ライン仕様設定手段１０３，ラインシミュレーション手段１０４においてユーザの入力と指示を受け付けるための装置である。

ユーザはまず作業順序入力手段１０１から、対象となる生産ラインをモデル化した作業順序データを入力する。例えば図２に示すようなデータを入力する。

その後、ライン仕様設定手段１０３から作業単位２０１の属性を入力する。作業時間分布３０２は、解析的に確率分布の式として与えられる場合は関数種類と関数を決定するパラメータが与えられれば良い。たとえば、確率分布が正規分布であった場合は、図５に示すように、（正規分布、平均＝１３０分，標準偏差＝２０分）が与えられることになる。数表で与えられる場合は、表形式で入力する。また、ラインデータ記憶部１０６に蓄積した実績値をから確率分布として表現しても良い。この場合、ユーザは特に作業時間分布３０２に関するデータを入力することなく実績値を使用することを指定すれば良い。

作業順序データは支援対象となる製品につき一つである。一方、ライン仕様データは、複数作成しライン仕様記憶部１０２に記憶し、シミュレーションの入力とすることで結果を比較評価することができる。

ライン仕様データ設定後はラインシミュレーション手段１０４に処理が渡される。ラインシュミレーションの手順を図９に示す。

まず、ライン仕様記憶部１０２からライン仕様データを一つ選択する（ステップ９０１）。次に作業の初期値を取得する（ステップ９０２）。作業の初期値は各々のステーションに作業途中の部品が全くない状態ではじめても良い。この場合はラインの立ち上げの状態を模擬することになる。また、仮想的に各々のステーションに作業途中の部品があるように設定しても良い。これらの場合では生産ラインの計画、すなわち作業単位と作業員のステーションへの割り当て方を現状とは独立に検討する場合に有効である。また、ラインデータ取得手段１０５からその時点での作業ごとの進捗状態を取得し、作業の初期値として用いても良い。この場合は生産ラインの人員配置を動的に変更して遅れを取り戻すための手段を検討する場合に有効である。

次にシミュレーションする製作台数を設定する（ステップ９０３）。次にシミュレーションする回数を設定する（ステップ９０４）。例えば、この２ステップで製品１０台作成するシミュレーションを１００回繰り返すといった指定をする。

次に、すべての作業単位について、乱数を発生し作業時間分布３０２を用いて作業時間を決定する。その上で決定した作業時間を（作業員数×作業係数）で割ることでステーションでの作業時間（ステーション滞留時間とする）を計算する。（ステップ９０５）。ここですべての作業単位とは、設定した製品台数分の製作するのに必要な作業単位である。たとえば図２に示す作業順序データ（作業単位数５）を１０台製作すると入力すると５０個の作業単位について作業時間を決定することになる。

次に作業に初期値を設定する（ステップ９０６）。ここでの初期値はステップ９０２で取得したものである。ステップ９０５で決定した作業単位ごとのステーション滞留時間と、ステップ９０６で設定した初期値と、図２に示すような作業順序の制約条件を用いて設定した台数の製作がすべて終わる終了時刻を計算し内部メモリ８０３に保存する（ステップ９０７）。

設定したシミュレーション回数分、ステップ９０５からステップ９０７の処理が終了していなければステップ９０５に戻って計算を続ける。もしシミュレーション回数分の計算が終了していたら、ステップ９０８に進む。

ステップ９０８では、シミュレーションに使った作業単位のうち、タクトタイムより長いステーション滞留時間を持つもの（すなわち遅れが発生している作業単位）について、タクトタイムとの差分をばらつき要因３０３ごとに集計し、内部メモリ８０３に保存する。これによって、例えば図１２に示すようなデータを得る。これによって、シミュレーション対象の遅れの主因が明らかになる。例えば図１２では「技量」に因る遅れが多いことがわかる。

次に、シミュレーション結果を例えば図１０に示すように表示手段１０７で表示する。図１０では、ライン仕様データごとに、ライン仕様とシミュレーション結果が並んで表示される。ライン仕様の表示は図４に示したライン仕様入力手段の画面例と類似なので、画面を共有することも可能である。シミュレーション結果の表示は終了確実時間と遅れ要因とリカバリ方法が表示される。

終了確実時間は例えば９５％の確率で全台数が生産終了する時間であり、シミュレーション結果を昇順に並べたとき、（ミュレーション回数×９５％）の順位にある時間である。例えば、２００回のシミュレーションを実施していれば、結果を昇順にならべ１９０位にある数字である。

製作終了時間の分布が正規分布に近似できるのであれば、平均と標準偏差から終了確実時間を計算しても良い。例えば（平均＋２×標準偏差）を使うと９８％の確率で終了する時間が求められる。

遅れ要因の表示は、ステップ９０８で得たばらつき要因ごとの遅れ時間の集計から、最も遅れの長かった遅れ要因を表示する。また遅れ要因は作業単位ごとに遅れを引き起こした回数を評価指標としても良い。

リカバリ方法は、当該の遅れ要因３０３を持つ作業単位２０１に記述されているリカバリ方法３０４を参照し表示する。また、ばらつき要因データベース１０９がある場合は、これを参照し対応するリカバリ方法を表示する。例えば、図７のようなばらつき要因データベース１０９があれば、ばらつき要因「技量」に対応するリカバリ方法「訓練」を参照し表示する。

このようにライン仕様データ毎にシミュレーション結果を並べて表示することで、ユーザはライン仕様の優劣を評価することができる。例えば、図１０では、ライン仕様Ａの終了確実値が「２日１０ｈ」で短く時間的にはライン仕様Ｂよりも優れたライン仕様といえる。しかし、一方遅れ要因が「技量」であり、リカバリ方法が「訓練」であることから遅れが発生した場合は、作業員の訓練結果が現れるまでには時間がかかるため、のリカバリは難しいと予想される。一方、ライン仕様Ｂは時間的には遅いものの、遅れ要因が「調整」であり「残業命下」することで遅れをレスポンス良く回復することができると予想できる。

このようなトレードオフが生産ラインの実稼働前にわかることはライン計画上有効である。

また図１１の様に度数分布を用いて結果を表示してもよい。この方法であると終了確実時間と終了時間の最頻値について直観的に理解される。

また、ステップ９０２において、ラインデータ取得手段１０５で現状ラインの状態を初期値としてシミュレーションすることで、現状のまま生産を続けるとどれくらいの確率でいつ製作が終了するのか把握することが出来る。また、現状において作業単位のステーションへの割付を変えたり人員配置を換えたりすることで結果が良くなるか悪くなるかを判断することができる。

また、遅れ時間の主要因とリカバリ方法がわかることで単純に終了確実時間で評価することなく、遅れが発生したときのリカバリ方法を考慮にいれてライン仕様を決めることができる。

具体的な装置は、図８に示すような機器で構成される汎用のコンピュータシステムとその上で稼働する処理プログラムによって実現することが可能であるが、専用の装置として構成することも可能である。

このような汎用のコンピユータシステムに処理プログラムを付加して実現するときには、処理プログラムは図１３に示すような磁気ディスク１３０１や図１４に示すようなＣＤ−ＲＯＭ１４０１などのメディアに記録して配送，補間，実装され、中央演算装置８０１に設けた磁気ディスク読み取り装置やＣＤ−ＲＯＭ読み取り装置によって読み取って内部メモリ８０３に取り込まれる。通信ネットワークを通じて配送される処理プログラムを入力部によって取り込んで実現する場合には、取り込んだ処理プログラムを磁気ディスク等のメディアに記憶させて保存することにより、繰り返し使用できるようにすることが可能である。

本発明は作業時間にばらつきを持つ種々の製品のライン生産において、生産管理を支援するライン生産管理支援方法及びその装置に適用することが可能である。

本発明の構成図である。 作業順序データを説明する図である。 ライン使用データのデータ構造を説明する図である。 ライン使用設定を実現するユーザインターフェースの一例である。 作業時間分布の一例である。 ばらつき要因記憶手段の一例である。 作業単位記憶手段の一例である。 機器構成の一例である。 ラインシミュレーションのフローである。 結果表示画面の一例である。 結果表示画面の別の一例である。 遅れ集計した結果の一例である。 磁気ディスク。 ＣＤ−ＲＯＭ。

符号の説明

１０１ 作業順序入力手段
１０２ ライン仕様記憶手段
１０３ ライン使用設定手段
１０４ ラインシミュレーション手段
１０５ ラインデータ取得手段
１０６ ラインデータ記憶手段
１０７ 表示手段
１０８ 作業単位記憶手段
１０９ ばらつき要因記憶手段
２０１ 作業単位
３０１ ステーションデータ
３０２ 作業時間分布
３０３ ばらつき要因
３０４ リカバリ方法
８０１ 中央演算装置
８０２ 外部記憶装置
８０３ 内部メモリ
８０４ ディスプレイ
８０５ キーボード
８０６ マウス
１３０１ 磁気ディスク
１４０１ ＣＤ−ＲＯＭ

Claims (6)

1. 製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援装置において、
   製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力手段と、 前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定手段と、
   前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶手段と、
   前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーション手段と、
   稼動中のラインからデータを取得するラインデータ取得手段とを備え、
   作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算する際に稼動中ラインの状態を初期値として計算することを特徴とする生産管理支援装置。
2. 請求項１において、
   ラインデータ取得手段によって得たライン状態を記憶するラインデータ記憶手段を持ち、
   作業時間の確率分布を前記ラインデータ記憶手段に格納された実績データから生成することを特徴とする生産管理支援装置。
3. 請求項１において、
   ラインを構成する作業単位をライン仕様とは別に記憶する作業単位記憶手段と、
   作業単位の属性であるばらつき要因とリカバリ方法も前記作業単位とは別に記憶するばらつき要因記憶手段と、
   を備えることによって、ライン仕様の作業割付の変更を可能としたことを特徴とする生産管理支援装置。
4. 製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援方法において、
   製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、
   前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、
   前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと、
   作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、
   稼動中のラインからデータを取得するラインデータ取得ステップと、
   作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算する際に稼動中ラインの状態を初期値として計算するステップとを備えたことを特徴とする生産管理支援方法。
5. 製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援プログラムにおいて、
   製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、
   ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、
   前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと、
   前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、
   稼動中のラインからデータを取得するラインデータ取得ステップと、
   作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算する際に稼動中ラインの状態を初期値として計算するステップとを備えたことを特徴とする生産管理支援プログラム。
6. 製品の作業手順と製造ラインの属性から製造状況を予測する生産管理支援プログラムを収めた媒体において、
   製品を製造する一連の手順を表現した作業順序データを入力する作業順序入力ステップと、
   前記製造ラインを構成する作業単位の作業時間を確率分布によって表現したライン仕様を設定するライン仕様設定ステップと、前記ライン仕様を記憶しておくライン仕様記憶ステップと、
   前記作業順序データと前記ライン仕様から製品の製作終了時間を計算するラインシミュレーションステップと、
   稼動中のラインからデータを取得するラインデータ取得ステップと、
   作業順序データとライン仕様から製品の製作終了時間を計算する際に稼動中ラインの状態を初期値として計算するステップと
   を備えたことを特徴とする生産管理支援プログラムを収めた媒体。

Images