JP5380350B2

JP5380350B2 - 生産スケジュール立案装置

Info

Publication number: JP5380350B2
Application number: JP2010088930A
Authority: JP
Inventors: 考亮井本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011221714A

Description

本発明は、製造業、特に製鋼業におけるスラブの加熱炉などでの作業スケジュールを作成して、管理者に提案し、さらには必要に応じて評価する装置に関する。

複数工程についてロットまとめを必要とする生産ラインを有する工場としては、例えば造塊工程やバッチ焼鈍工程を必要とする、素材系の生産工場等がある。このような工場における生産ラインにおいて、工程毎にロットまとめを行うことができる条件は異なっている。ここで、生産ライン全体の効率性の最大化や納期遅れの最小化を目的としたスケジュール作成に関する手法には、工程全体を１つの計画問題としてモデル化し、１つのスケジュールで一括して計算する手法がある。

しかしながら、上記のようなスケジュール作成手法においてロットまとめを考慮する場合、決定事項としては、“ロットまとめを行なう作業の組み合わせ”、“処理順序”、“開始・終了時間”などがあり、通常のスケジューリング問題よりも決定事項が増加するため、膨大な計算時間が必要となるといった問題がある。

そこで、計算時間の短縮化を図りつつ、良好なスケジュールを作成するために、納期を基準としたバックワードスケジューリングにて生産スケジュールを作成し、その順序に従ってロットまとめを行う手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

この手法を用いた従来の生産計画作成装置は、以下の特徴を有する。

１）この手法が適用できる生産ラインは、ロットまとめを必要とする工程（製綱工程）を第１工程に有するものである。

２）各製品の最終工程での処理については、納期に合わせる形で処理開始時間・終了時間を定める。

３）上記の２）で定めた最終工程での処理に合わせる形で、前工程の処理開始時間・終了時間を、バックワードスケジューリングによって決定する。

ここで、事前に、ジョブの通過工程、納期、各工程での処理時間がそれぞれ分かっているため、最終工程での処理完了時間を納期とする形で処理開始時間を決定する。そして、その処理開始時間＋工程間のリードタイムを、前工程の処理終了時刻とする。これを第１工程まで繰り返す事により、全体のスケジュールを立案する。

４）ロットまとめを考慮しないスケジューリングが定まった後に、ロットまとめを必要とする工程において、もともとの処理順序に従ってロットまとめを行う。この際、ロットをまとめることによって発生する下工程の矛盾を、下工程における処理時間帯をずらすことにより解消する。

５）また、長期スパンにおける粗生産計画と、計画期間を直近に限定した精生産計画とを併用して、計画を実行して行く。

上記手法によると、納期を基準としたバックワードスケジューリング手法により、納期を遵守し、ロットまとめを有する生産ラインのスケジュールを立案する事が可能となる。また、粗計画と精計画との２種類を併用する事により、計画時間を短縮し、外乱が発生した場合には、粗計画と直近の精計画との見直しを図るのみでよいため、外乱にも柔軟に対応できる等の優れた点がある。

特開２００３―２６０２０号公報

しかしながら、上記の従来の手法（生産計画作成装置）では、以下の問題があった。

すなわち、ロットまとめを行う工程が第１工程に限定されており、また全ての製品が、バッチ処理工程である第１工程を通過する前提のため、例えば、“製品によって、通過設備が大きく異なる”、“生産工程の途中に複数のバッチ処理設備が存在する”といった状況に対応できない。

さらに、スケジュール立案問題は、一般的に「組み合わせ最適化問題」と呼ばれる問題で表現できるが、その問題の規模は、工程、注文、設備の数に対して指数的に増加する。このため、実際の工場規模における、スケジュール立案問題を解く（最適なスケジュールを立案する）事は非常に難しく、短時間で適切なスケジュールを立案することは困難を極める。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１工程より後の任意の工程にバッチ処理が存在する生産ライン、特に、容量の異なる複数のバッチ処理設備を有する生産ラインに対しても良好な生産スケジュールを短時間で立案することができる生産スケジュール立案装置を提供することにある。

本発明の一局面に係る生産スケジュール立案装置は、第１工程と当該第１工程より後の工程であるバッチ処理工程とを含む生産ラインで複数種類の生産対象物を生産する場合の生産スケジュールを立案する生産スケジュール立案装置であって、
（ｉ）予め与えられている操業条件を読み取るマスタ読取装置と、
（ii）前記操業条件に基づいてバッチ処理グループを作成するバッチ処理グループ作成装置と、
（iii）前記バッチ処理グループ作成装置が作成したバッチ処理グループと前記操業条件とに基づいて第１工程のスケジュールを作成する第１工程スケジュール作成装置とを備え、
前記（ii）のバッチ処理グループ作成装置は、
（ii−１）バッチ処理工程を通過する生産対象物の注文を処理すべきバッチ処理設備を、複数存在するバッチ処理設備の中から決定するバッチ処理設備決定部と、
（ii−２）前記バッチ処理設備決定部により各バッチ処理設備に振り分けられた注文を、バッチ処理設備の容量に合わせてグルーピングして、バッチ処理グループを作成するバッチ処理グループ作成部とを含み、
前記（iii）の前記第１工程スケジュール作成装置は、
(iii−１）前記バッチ処理グループ作成装置によって作成されたバッチ処理グループを一つの単位として、第１工程の処理順序を決定する第１工程処理順序決定部と、
(iii−２）前記第１工程処理順序決定部で決定した第１工程の処理順序と、前記操業条件に含まれる注文毎の第１工程の単位処理時間および段取り時間を基に、第１工程における各バッチ処理グループの処理時間帯を決定する第１工程処理時間決定部とを含む構成である。

上記の構成によれば、マスタ読取装置では、予め与えられている操業条件（例えば、対象となる注文情報や操業に関する各種条件など）を読み込む。そして、マスタ読取装置が読み込んだ操業条件に基づいて、バッチ処理グループ作成装置がバッチ処理グループを作成するようになっている。このバッチ処理グループ作成装置では、まず、バッチ処理設備決定部が、予め与えられている操業条件（例えば、注文毎に与えられているバッチ処理設備振当て優先度など）に従い、注文を処理すべきバッチ処理設備を複数存在するバッチ処理設備の中から決定することによって、各注文をバッチ処理設備に割り付ける。次に、バッチ処理グループ作成部が、予め与えられている操業条件に含まれているバッチ処理設備の容量（バッチ処理設備の処理単位）に合わせてグルーピングしてバッチ処理グループを作成する。なお、予め与えられている操業条件として、例えば注文毎のバッチ処理まとめ可能条件が含まれている場合には、当該条件も参考にしてグルーピングすることもできる。

第１工程スケジュール作成装置では、前述のバッチ処理グループの作成結果を基に、第１工程処理順序決定部において、各バッチ処理グループを一つの単位とし、第１工程の処理順序を決定する。ここでの処理順序決定方法には、第１工程の生産性を最大化する、注文の納期を優先する等の方法が存在する。次に、第１工程処理順序決定部で決定した第１工程の処理順序と、予め与えられている操業条件に含まれる“注文毎の第１工程の単位処理時間”および“段取り時間”を基に、第１工程処理時間決定部が第１工程における各バッチ処理グループの処理時間帯を決定することによって、第１工程のスケジュールを立案する。

上記の構成により、第１工程より後の任意の工程にバッチ処理が存在する生産ラインにおいて、良好な生産スケジュールを立案することが可能となる。特に、容量の異なる複数のバッチ処理設備を有する生産ラインにおいて、バッチ処理設備の処理単位にて第１工程のスケジュールを立案することができるので、バッチ処理設備での注文の滞留防止が可能となる。加えて、元々の生産スケジュール立案問題を、「バッチ処理設備の容量に応じた注文まとめ問題」と「第１工程の処理順序決定問題」との２つに分割して解くことにより、短時間で高速に生産スケジュールを求めることが可能となる。

上記の構成において、前記バッチ処理グループ作成装置が、前記バッチ処理グループ作成部が作成したバッチ処理グループを評価するバッチ処理グループ作成結果評価部をさらに備えている構成とすることが好ましい。

上記の構成によれば、作成したバッチ処理グループを評価する前記バッチ処理グループ作成結果評価部をさらに備えることにより、作成したバッチ処理グループを事前に設定した評価項目に基づき、評価することが可能となる。これにより、より好適なバッチ処理グループの作成が可能となる。例えば「（１）バッチ処理グループ作成→（２）バッチ処理グループ作成結果を暫定解とする→（３）バッチ処理グループを再作成→（４）再作成したバッチ処理グループを評価→（５）再作成したバッチ処理グループの評価が暫定解のそれを上回っている場合に暫定解を更新する→（６）上記の（３）〜（５）を繰り返すことにより、より良いバッチ処理グループを作成する」という繰り返し手法を適用することも可能となり、評価をフィードバックしながらバッチ処理グループの最適化を容易に実現できる。

上記の構成において、前記バッチ処理グループ作成結果評価部が、バッチ処理グループを評価する指標としてバッチ処理設備の負荷平準度を用いる構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、バッチ処理グループを作成する際の評価項目（指標）に、バッチ処理設備の負荷平準度を利用することにより、例えば特定のバッチ処理設備の優先度が高い注文ばかりが対象となっている場合にも、複数のバッチ処理設備間の負荷平準度を高めることにより、特定の設備の負荷が高くなることを回避したバッチ処理グループ群を作成することが可能となる。

上記の構成において、前記第１工程スケジュール作成装置が、作成した第１工程のスケジュールを評価する第１工程スケジュール評価部をさらに備えている構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、作成した第１工程のスケジュールを評価する第１工程スケジュール評価部をさらに備えることにより、作成した第１工程のスケジュールを事前に設定した評価項目に基づき評価する事が可能となる。これにより、より好適な第１工程のスケジュールの作成が可能となる。例えば「（１）第１工程スケジュール作成→（２）第１工程スケジュール作成結果を暫定解とする→（３）第１工程スケジュールを再作成→（４）再作成した第１工程スケジュールを評価→（５）再作成した第１工程スケジュールの評価が暫定解のそれを上回っている場合に暫定解を更新する→（６）上記の（３）〜（５）を繰り返すことにより、より良い第１工程スケジュールを作成する」という繰り返し手法を適用することも可能となり、評価をフィードバックしながら第１工程スケジュールの最適化を容易に実現できる。

上記の構成において、前記第１工程スケジュール評価部が、第１工程のスケジュールを評価する指標として、注文の納期あるいは第１工程の生産性、またはその両方を用いる構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、第１工程スケジュールを作成する際の評価項目（指標）として、注文の納期あるいは第１工程の生産性、またはその両方を適宜選択することにより、状況に応じた第１工程のスケジュールを立案することが可能となる。例えば、第１工程がネックとなる生産ラインの場合、第１工程の生産性を評価項目に採用する等により、より好適な第１工程のスケジュールを立案できる。

本発明の生産スケジュール立案装置は、以上のように、第１工程より後の任意の工程にバッチ処理が存在する生産ラインにおいて、良好な生産スケジュールを立案することが可能となる。特に、容量の異なる複数のバッチ処理設備を有する生産ラインにおいて、バッチ処理設備での注文の滞留を効果的に防止することができる。さらに、短時間で高速に生産スケジュールを立案することができる。

本発明の実施の一形態に係る生産スケジュール立案装置の概略の構成を示すブロック図である。図１の生産スケジュール立案装置におけるバッチ処理グループ作成装置の機能的構成を示す概略のブロック図である。図１の生産スケジュール立案装置における第１工程スケジュール作成装置の機能的構成を示す概略のブロック図である。図１の生産スケジュール立案装置による生産スケジュールの立案の処理例を示すフローチャートである。図１の生産スケジュール立案装置による生産スケジュールの立案の処理例を示すフローチャートである。第１工程のスケジュールの一例を示す説明図である。第１工程のスケジュールのその他の例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面および表を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本発明の実施の形態に係る生産スケジュール立案装置は、多工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する場合であって、一度に複数の半製品を処理するバッチ処理設備が複数存在する生産ラインにおいて好適に用いられるものである。そして、この生産スケジュール立案装置は、バッチ処理設備での処理時に、最も効率が良くなるように、生産ラインへの注文の投入スケジュールを立案するものである。

ここで、生産ラインにおけるバッチ処理工程では、バッチ処理設備それぞれで一度に処理できる最大量が決まっており、一度のバッチ処理で最大個数処理するとき、最も効率が良いことになる。以下、この最大個数を「バッチ処理設備の容量」とする。

また、このような生産ラインには、例えば、鉄鋼、銅板、アルミ板等の素材系工場の生産ラインが挙げられる。バッチ処理工程については、途中工程のバッチ焼鈍工程などが該当する。ただし、本生産スケジュール立案装置が適用される生産ラインはこれに限定されるものではなく、様々な業種における様々な製品の生産ラインに適用可能である。

特に、本生産スケジュール立案装置は、容量が大きく異なっている複数のバッチ処理設備を有する生産ラインにおいて、各バッチ処理設備の負荷平準をも実現しつつ、適切に注文をバッチ処理設備の処理単位にまとめる、注文まとめ機能を実現する。

さらに、本生産スケジュール立案装置は、注文を生産ラインへ投入する際に、バッチ処理工程の生産性だけでなく、第１工程の生産性をも考慮し、注文投入（第１工程）スケジュールを決定する、第１工程スケジュール立案機能を実現する。

ここでいうところの生産スケジュールとは、生産対象の製品に対する各注文をどの設備で、どの順序で、どのタイミングで処理するかを示したものである。特に、バッチ処理工程を含む生産ラインにおいては、注文投入を適切な単位（バッチ処理設備での容量）でまとめて投入しなければ、「前半に投入した注文については、バッチ処理工程の前で滞留し、生産リードタイムの増加を招来する」、もしくは、「一度にバッチ処理できる量よりも少ない量で処理する事によるコスト増・生産性悪化を招来する」といった問題が発生する。しかしながら、単純にバッチ処理工程を考慮して注文をまとめ、投入順序を決定するだけでは、「第１工程における生産性の悪化」といった問題が発生する。そこで、本生産スケジュール立案装置は、第１工程の生産性を考慮しつつ、注文をバッチ処理設備の内容でまとめた生産スケジュールを立案するようになっている。すなわち、本生産スケジュール立案装置は、後述のように、各バッチ処理設備の容量に応じて注文をまとめつつ、各工程の評価尺度に応じた適切なスケジュールを立案するものである。

加えて、スケジュール立案問題は、上述のとおり「組み合わせ最適化問題」と呼ばれる問題で表現でき、その問題の規模は、工程、注文、設備の数に対して指数的に増加する。このため、実際の工場規模における、スケジュール立案問題を解く（最適なスケジュールを立案する）事は非常に難しく、短時間で適切なスケジュールを立案することは困難を極める。そこで、本生産スケジュール立案装置は、後述のように、可能な限り短時間でスケジュールを立案し、上記の問題を克服するものである。

次に、本生産スケジュール立案装置が適用される生産ラインにおける対象工程について説明する。対象工程は、連続的に処理を行なう一つの設備で構成される第１工程と、複数台存在する、処理能力の異なるバッチ処理設備工程からなる。なお、第１工程とバッチ処理工程との間に、他の工程が存在してもよい。

次に、本生産スケジュール立案装置における対象注文（生産対象の製品に対する注文情報）の例について説明する。本実施の形態における注文情報の一例を「表１：注文情報」に示す。注文情報は、注文を一意に区別する記号（注文名）、注文納期、バッチ処理設備別の優先度、バッチ処理まとめ可能パターン、注文量から構成されている。

なお、表１において、優先度の値が大きいほど、その設備で優先的に処理を行ないたいという状況を想定しており、“−”が記入されている設備については、当該設備での処理が不可能であることを示している。また、表１において、バッチ処理まとめ可能パターンが等しい注文同士は、バッチ処理まとめが可能である。

次に、本生産スケジュール立案装置が適用される生産ラインにおける操業制約の例について説明する。

第１工程においては、処理する注文を変更する際に、段取りが必要となる。この注文の組み合わせによって決定される段取りコストの一例を「表２：注文間の段取りコスト」に示す。

また、第２工程におけるバッチ処理設備の容量の一例を「表３：バッチ処理設備処理可能量」に示す。

また、注文毎の第１工程における単位量当たりの処理時間、第２工程（バッチ処理工程）における各設備の処理時間の一例を「表４：注文毎の単位処理時間」に示す。

次に、本実施の形態における生産スケジュール立案装置の構成を、図１に示す。同図に示すように、生産スケジュール立案装置１は、マスタ読取装置２と、バッチ処理グループ作成装置３と、第１工程スケジュール作成装置４とを備えている。

マスタ読取装置２は、予め与えられている操業条件（マスタ）を読み取り、当該操業条件を生産スケジュール立案装置にて利用可能な形位に変換し、記憶する。ここでマスタ読取装置２が読み取る操業条件とは、前述の表１〜表４の情報である。

次に、バッチ処理グループ作成装置３にて、全ての注文を表１に記載した優先度に従い、バッチ処理設備に割り当てる。そして、バッチ処理グループ作成装置３は、表３に記載のバッチ処理設備の処理可能量、及び表１に記載のバッチ処理まとめ可能パターンに従い、バッチ処理グループを作成する。さらに、バッチ処理グループ作成装置３は、作成したバッチ処理グループを評価し、評価値の高いバッチ処理グループが作成できれば、それを保存し、次のステップへと進む。

第１工程スケジュール作成装置４は、保存されているバッチ処理グループのそれぞれを１単位として、表１に記載の注文の納期や、表２に記載の第１工程における段取り条件を基に、第１工程の順序を決定する。そして、第１工程スケジュール作成装置４は、表４に記載の第１工程の単位処理時間を基に、各注文の処理時間帯を決定し、第１工程のスケジュールを作成する。さらに、第１工程スケジュール作成装置４は、作成した第１工程スケジュールを評価し、評価値の高い第１工程スケジュールが作成できれば、それを保存する。

そして、生産スケジュール立案装置１は、上記のようにして保存されたバッチ処理グループおよび第１工程スケジュールを出力して、処理を終了する。

生産スケジュール立案装置１を構成する各装置２〜４は、ＣＰＵ、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）、入出力インタフェース等を備えたコンピュータにより構成することができる。すなわち、記憶装置に格納された所定のプログラムがＣＰＵによって解釈実行されることで、各装置２〜４の有する機能を実現することができる。あるいは、生産スケジュール立案装置１を構成する各装置２〜４を専用の集積回路として構成して実現することも可能である。

次に、生産スケジュール立案装置１を構成するバッチ処理グループ作成装置３および第１工程スケジュール作成装置４のより詳細な構成例を説明する。バッチ処理グループ作成装置３の構成例を図２に、第１工程スケジュール作成装置４の構成例を図３に、それぞれ示している。

図２に示すように、バッチ処理グループ作成装置３は、バッチ処理設備決定部３１と、バッチ処理グループ作成部３２と、バッチ処理グループ作成結果評価部３３と、バッチ処理グループ作成結果記憶部３４とを備えている。

バッチ処理グループ作成装置３では、まずバッチ処理設備決定部３１により、各注文を処理するバッチ処理設備を決定する。ここでの処理設備決定には、事前に与えられている注文別の優先度（表１参照）を用いる等の方法がある。次に、バッチ処理グループ作成部３２にて、設備毎に割り当てられた注文を、設備の容量に応じてグルーピングし、バッチ処理グループを作成する。ここでのバッチ処理グループ作成方法には、納期が近い注文をまとめる等の方法がある。このようにして作成したバッチ処理グループ群を、バッチ処理グループ作成結果評価部３３にて評価する。そして、評価値とともにバッチ処理グループの結果を、バッチ処理グループ作成結果記憶部３４によって保存する。

図３に示すように、第１工程スケジュール作成装置４は、第１工程処理順序決定部４１と、第１工程処理時間帯決定部４２と、第１工程スケジュール評価部４３と、第１工程スケジュール記憶部４４とを備えている。

第１工程スケジュール作成装置４では、まず、第１工程処理順序決定部４１にて、保存されているバッチ処理グループ単位に、第１工程での処理順序を決定する。ここでの順序決定方法には、注文の納期を優先する、または第１工程の生産性を優先する等の方法がある。次に、第１工程処理時間帯決定部４２にて、事前に与えられている、注文の処理順序によって発生する第１工程の段取りの条件や、第１工程における処理能力を基に、第１工程における注文の処理時間帯（スケジュール）を決定する。そして、第１工程スケジュール評価部４３において、決定した第１工程における注文のスケジュールを評価する。ここで、第１工程スケジュール評価部４３は、第１工程のスケジュールを評価する指標として、注文の納期あるいは第１工程の生産性、またはその両方を用いることができる。さらに、この評価値とともに第１工程における注文のスケジュールを、第１工程スケジュール記憶部４４によって保存する。

次に、本実施の形態に係る生産スケジュール立案装置１による生産スケジュール立案の流れを、図４および図５のフローチャートに基づいて説明する。

ここで、各装置２〜４間の情報のやり取りは、通信ネットワークを用いて行なうことができる。また、ここでは、請求項に記載されている各評価部を加えた構成についての動作を記述しているが、当該各評価部を用いることなく生産スケジュールを立案することも可能である。

生産スケジュール立案装置１においては、まず、各種マスタファイル（操業条件）をマスタ読取装置２が読み取る、各種マスタの読み込み処理が行われる（Ｓ１）。本実施の形態では、前述の表１〜表４の情報が、生産スケジュール立案装置１にて処理可能なデータ形式として読み込まれる。

次に、バッチ処理グループ作成装置３により、全ての注文を対象としたバッチ処理設備の注文割り当て処理が行われる。すなわち、バッチ処理グループ作成装置３が、表１に記載のそれぞれの注文を、最も優先度が高いバッチ処理設備へと割り当てる（Ｓ２）。例えば、表１に示すように、注文Ａは、設備Ａ、設備Ｂ、設備Ｃで処理可能であり、設備Ａの優先度が最も高いため、バッチ処理グループ作成装置３は注文Ａを設備Ａへと割り当てる。全ての注文をバッチ処理設備へ割り当てた結果は、以下のようになる。
・設備Ａ：注文Ａ、注文Ｄ、注文Ｇ、注文Ｍ、注文Ｎ
・設備Ｂ：注文Ｂ、注文Ｃ、注文Ｈ、注文Ｉ、注文Ｊ
・設備Ｃ：注文Ｅ、注文Ｆ、注文Ｋ、注文Ｌ
・設備Ｄ：割当てなし。

次に、バッチ処理グループ作成装置３が、全てのバッチ処理設備を対象とし、バッチ処理設備毎にバッチ処理グループの作成を行なう（Ｓ３およびＳ４）。すなわち、バッチ処理グループ作成装置３は、バッチ処理設備毎に、割り当てられた注文を納期順にソートし（Ｓ３）、各バッチ処理設備の容量（処理可能量）を基に、各注文をグルーピングする（Ｓ４）。

例えば、設備Ａについて、割り当てられた注文を納期順にソートすると、注文Ａ→注文Ｄ→注文Ｇ→注文Ｍ→注文Ｎとなる（※同一納期の場合は注文番号でソート）。また、表３によれば、設備Ａは、一回のバッチ処理で１０単位の注文を処理できる。これにより、バッチ処理グループ作成装置３が設備Ａについてのバッチ処理グループを作成すると、
・バッチ処理グループＡ-１：注文Ａ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-２：注文Ｄ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-３：注文Ｇ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-４：注文Ｍ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-５：注文Ｍ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-６：注文Ｎ（１０単位）
・バッチ処理グループＡ-７：注文Ｎ（１０単位）
となる。

同様に、設備Ｂについては、
・バッチ処理グループＢ-１：注文Ｂ（４単位）
・バッチ処理グループＢ-２：注文Ｂ（２単位）、注文Ｃ（２単位）
・バッチ処理グループＢ-３：注文Ｃ（４単位）
・バッチ処理グループＢ-４：注文Ｈ（４単位）
・バッチ処理グループＢ-５：注文Ｈ（２単位）、注文Ｉ（２単位）
・バッチ処理グループＢ-６：注文Ｉ（２単位）
・バッチ処理グループＢ-７：注文Ｊ（４単位）
・バッチ処理グループＢ-８：注文Ｊ（４単位）
となる。ここで、別の注文を同一バッチ処理グループに組込み可能か否かの判断は、表１のバッチ処理まとめ可能パターンを参照する。

同様に、設備Ｃについては、
・バッチ処理グループＣ-１：注文Ｅ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-２：注文Ｅ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-３：注文Ｆ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-４：注文Ｆ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-５：注文Ｋ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-６：注文Ｋ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-７：注文Ｌ（２単位）
・バッチ処理グループＣ-８：注文Ｌ（２単位）
となる。

次に、バッチ処理グループ作成装置３が、各バッチ処理設備の処理能力を基に、バッチ処理設備毎に負荷を計算する（Ｓ５）。この負荷の計算は、バッチ処理グループ単位に行い、表４を参照する。なお、本実施の形態では、表４に示すとおり、全ての注文・設備で処理時間は等しいとしているが、注文・設備単位によって処理時間を異ならせることも可能である。この場合、一つのバッチ処理グループに、複数の注文が存在する場合には、処理時間の大きいほうを、バッチ処理グループの処理時間として採用する方法がある。表４に示す処理時間に基づいて、具体的に各バッチ処理設備の負荷を計算すると、
・設備Ａ：７バッチ処理グループ、9,800（分）
・設備Ｂ：８バッチ処理グループ、11,200（分）
・設備Ｃ：８バッチ処理グループ、11,200（分）
・設備Ｄ：０バッチ処理グループ、0（分）
となる。

そして、バッチ処理グループ作成装置３は、上記のようにして作成したバッチ処理グループ群を暫定解として、暫定バッチ処理グループ群保存用ＤＢへ保存する（Ｓ６）。

次に、バッチ処理グループ作成装置３は、バッチ処理設備間での負荷平準を実行する（Ｓ７〜Ｓ１２）。すなわち、本実施の形態では、より優れたバッチ処理グループ群を作成するために、請求項に記載のバッチ処理設備間での負荷平準度を評価指標として、バッチ処理設備間の負荷平準度が改善されるバッチ処理グループ群を探索する。

そこで、バッチ処理グループ作成装置３は、まず、負荷平準度を評価指標として初期解（Ｓ６で保存したバッチ処理グループ群の暫定解）の評価を行なう。ここで、負荷平準度の計算は、各バッチ処理設備の負荷の標準偏差（または分散値）で評価する。

負荷の平均値Ｘは、
Ｘ＝（9,800＋11,200＋11,200＋０）/4 = 8,050
となるので、初期解の負荷平準度σは、
σ＝ √{（（11,200 - 8,050）^２ +（12,600 - 8,050）^２
+（12,600 - 8,050）^２ +（0 - 8,050）^２ /4 } = 2,341
となる。

そして、バッチ処理グループ作成装置３は、上記の演算結果に基づいて、バッチ処理グループの移動を判断する。Ｓ６で保存したバッチ処理グループ群の暫定解の負荷によれば、最も負荷が高いバッチ処理設備は、設備Ｂ又は設備Ｃ、最も負荷が小さい設備は、設備Ｄである。そこで、対象となっているバッチ処理設備から最も負荷の高い設備Ｂ（設備Ｃでも構わない）を選択し（Ｓ７）、設備Ｂから設備Ｄへバッチ処理グループを移動し、負荷平準度が改善されるか否かを検討する（Ｓ８）。

ここで、バッチ処理グループＢ−１に属する注文Ｂは、表１に示すように設備Ｄでも処理可能であるため、これを設備Ｄに移動させることも考える。もし移動させた場合には、設備Ｄのバッチ処理グループについては、以下のようになる。
・バッチ処理グループＤ−１：注文Ｂ（２単位）、負荷：１４００分
・バッチ処理グループＤ−２：注文Ｂ（２単位）、負荷：１４００分
この場合、設備Ｂの負荷は、７バッチ処理グループ：11,200 （分）、設備Ｄの負荷は、２バッチ処理グループ：2,800 （分）となる。よって、この場合の負荷の平均値Ｘは、
Ｘ＝（9,800＋9,800＋11,200＋2,800）/4 = 8,400
となるので、負荷平準度σは、
σ＝ √{（（9,800 - 9,450）^２ +（9,800 - 8,450）^２
+（11,200 - 9,450）^２ +（2800 - 9,450）^２ /4 } = 1,641
となり、負荷平準度が初期解よりも改善される。そこで、バッチ処理グループ作成装置３は、この移動結果を採用し（Ｓ９でＹＥＳ）、暫定解として暫定バッチ処理グループ群保存用ＤＢへ保存する（Ｓ１０）。Ｓ１０の後は、全バッチ処理設備をＳ７における設備選択の対象としてＳ７に移行する。なお、前記での移動結果の次のステップとしては、最も負荷が高いバッチ処理設備が設備Ｃ、最も負荷が小さいバッチ処理設備が設備Ｄとなり、設備Ｃから設備Ｄへバッチ処理を移動させることを検討することになる。

なお、Ｓ７で選択した最も負荷が高いバッチ処理設備から残りの何れの設備へバッチ処理を移動させたとしても負荷平準度が改善されない場合（Ｓ９でＮＯ）、Ｓ７で選択したバッチ処理設備をＳ７における設備選択の対象外とし（Ｓ１１）、対象となっているバッチ処理設備が複数存在する場合は（Ｓ１２でＮＯ）、Ｓ７に移行する。一方、対象となっているバッチ処理設備が一つになった場合は（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｓ１３に移行する。

以上のように、バッチ処理グループ作成装置３は、上記のＳ７〜Ｓ１２の処理を、負荷平準度が改善されなくなり、移動の対象となるバッチ処理設備が一つになるまで繰り返す。本実施の形態における最終結果を、「表５：バッチ処理グループ群最終結果」および「表６：バッチ処理グループ群の評価値」に示す。

次に、第１工程スケジュール作成装置４は、表５に示したバッチ処理グループの第１工程における処理順序を決定する（Ｓ１３）。すなわち、第１工程スケジュール作成装置４は、まず、初期処理順序を作成する。この初期処理順序作成方法には特に指定はない。作成方法の例としては、（１）ランダム、または（２）納期の早い順等が挙げられる。本実施の形態では、注文番号順にバッチ処理グループを並べたものを、初期処理順序とする。

次に、第１工程スケジュール作成装置４は、段取り条件および処理時間を基に、バッチ処理グループの処理時間帯を決定し、第１工程のスケジュールを作成する（Ｓ１４）。すなわち、第１工程スケジュール作成装置４は、Ｓ１３で作成した処理順序に従い、段取りを挿入する。なお、本実施の形態では、注文が異なる場合、一定の段取り替え時間を必要とする。勿論、注文の組み合わせによって、段取り替え時間を変更する事は可能である。このようにして、作成した第１工程のスケジュールを、図６に示す。

次に、第１工程スケジュール作成装置４は、この第１工程のスケジュールの評価値を計算する（Ｓ１５）。ここで、第１工程スケジュール作成装置４の第１工程スケジュール評価部４３は、第１工程のスケジュールを評価する指標として、注文の納期あるいは第１工程の生産性、またはその両方を用いることができる。本実施の形態では、一例として、スケジュールの評価の指標を、第１工程の段取り替えコスト（段取りコスト）、すなわち第１工程の生産性とする場合について説明する。ここで、段取り替えコストは、表２を基に計算する。計算された段取り替えコストは、以下のようになる。
・注文Ａ→注文Ｂ：段取り替えコスト９
・注文Ｂ→注文Ｃ：段取り替えコスト２０
・注文Ｃ→注文Ｄ：段取り替えコスト１０
・注文Ｄ→注文Ｅ：段取り替えコスト２０
・注文Ｅ→注文Ｆ：段取り替えコスト１０
・注文Ｆ→注文Ｇ：段取り替えコスト９
・注文Ｇ→注文Ｈ：段取り替えコスト９
・注文Ｈ→注文Ｉ：段取り替えコスト２０
・注文Ｉ→注文Ｊ：段取り替えコスト１０
・注文Ｊ→注文Ｊ：段取り替えコスト２０
・注文Ｋ→注文Ｊ：段取り替えコスト１０
・注文Ｌ→注文Ｊ：段取り替えコスト２１
・注文Ｍ→注文Ｊ：段取り替えコスト３
・段取り替えコスト総和：１７１

そして、第１工程スケジュール作成装置４は、この第１工程のスケジュールと当該スケジュールの評価値を暫定解として、暫定バッチ処理グループ群保存用ＤＢに保存する（Ｓ１５）。

次に、第１工程スケジュール作成装置４は、繰り返し処理としてＳ１６〜Ｓ２０を実行する。すなわち、第１工程スケジュール作成装置４は、２つのバッチ処理グループを選択し、その順序を入れ替えて作成したスケジュールの評価値を計算する（Ｓ１７）。そして、Ｓ１７で入れ替えた結果のスケジュールの評価値が前記の暫定解に比べて改善されている場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、第１工程スケジュール作成装置４は、暫定解を新たに作成したスケジュールにて更新する（Ｓ１９）。このとき、第１工程スケジュール作成装置４は、移動試行回数を現状の値＋１としてインクリメントするとともに、連続移動失敗回数の値を０に初期化し（Ｓ１９）、Ｓ１６に移行する。一方、Ｓ１７で入れ替えた結果のスケジュールの評価値が暫定解に比べて改善されていない場合（Ｓ１８でＮＯ）、第１工程スケジュール作成装置４は、連続移動失敗回数の値を、現状の値＋１としてインクリメントし（Ｓ２０）、Ｓ１６に移行する。

ここで、第１工程スケジュール作成装置４は、繰り返し処理Ｓ１６〜Ｓ２０を、
１．連続して暫定解が更新されない回数が、一定回数に達した。
２．移動を施行した回数が一定回数に達した。
の何れかの条件を満たす場合に終了し（Ｓ１６でＹＥＳ）、暫定解を最終スケジュールとして出力する。このような終了条件を設定することにより、電子計算機の性能に依らず、一定のレベルのスケジュールを作成することが可能となる。また、終了条件を、“計算時間が一定時間に達した場合に終了する”としても良い。この場合は、解の質はかならずしも保証されないが、電子計算機の性能に依らず、計算時間が一定となるメリットがある。勿論、終了条件に上記３つの条件の全てを適用してもよい。

以上の処理を行なうことにより、最終的には、例えば図７に示すような第１工程のスケジュールが作成される。このスケジュールの評価値は、下表７に示すように、段取りコストが８４と初期スケジュールに比べ、大幅に改善している。

また、このようなスケジュールを実施することにより、複数個のものを一度に処理するバッチ処理工程において、物が揃わず、初期に到着した物が処理待ちとなり滞留することによるリードタイム増加を解消することが可能となる。

以上により、本実施の形態に係る生産スケジュール立案装置１は、第１工程の後工程として存在するバッチ処理工程を考慮しつつ、第１工程の生産性を考慮した生産スケジュールを立案することが可能である。

１生産スケジュール立案装置
２マスタ読取装置
３バッチ処理グループ作成装置
４第１工程スケジュール作成装置
３１バッチ処理設備決定部
３２バッチ処理グループ作成部
３３バッチ処理グループ作成結果評価部
３４バッチ処理グループ作成結果記憶部
４１第１工程処理順序決定部
４２第１工程処理時間帯決定部
４３第１工程スケジュール評価部
４４第１工程スケジュール記憶部

Claims

第１工程と当該第１工程より後の工程であるバッチ処理工程とを含む生産ラインで複数種類の生産対象物を生産する場合の生産スケジュールを立案する生産スケジュール立案装置であって、
予め与えられている操業条件を読み取るマスタ読取装置と、
前記操業条件に基づいてバッチ処理グループを作成するバッチ処理グループ作成装置と、
前記バッチ処理グループ作成装置が作成したバッチ処理グループと前記操業条件とに基づいて第１工程のスケジュールを作成する第１工程スケジュール作成装置とを備え、
前記バッチ処理グループ作成装置は、
バッチ処理工程を通過する生産対象物の注文を処理すべきバッチ処理設備を、複数存在するバッチ処理設備の中から決定するバッチ処理設備決定部と、
前記バッチ処理設備決定部により各バッチ処理設備に振り分けられた注文を、バッチ処理設備の容量に合わせてグルーピングして、バッチ処理グループを作成するバッチ処理グループ作成部とを含み、
前記第１工程スケジュール作成装置は、
前記バッチ処理グループ作成装置によって作成されたバッチ処理グループを一つの単位として、第１工程の処理順序を決定する第１工程処理順序決定部と、
前記第１工程処理順序決定部で決定した第１工程の処理順序と、前記操業条件に含まれる注文毎の第１工程の単位処理時間および段取り時間を基に、第１工程における各バッチ処理グループの処理時間帯を決定する第１工程処理時間決定部とを含むことを特徴とする生産スケジュール立案装置。
前記バッチ処理グループ作成装置は、前記バッチ処理グループ作成部が作成したバッチ処理グループを評価するバッチ処理グループ作成結果評価部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の生産スケジュール立案装置。
前記バッチ処理グループ作成結果評価部は、バッチ処理グループを評価する指標としてバッチ処理設備の負荷平準度を用いることを特徴とする請求項２に記載の生産スケジュール立案装置。
前記第１工程スケジュール作成装置は、作成した第１工程のスケジュールを評価する第１工程スケジュール評価部をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の生産スケジュール立案装置。
前記第１工程スケジュール評価部は、第１工程のスケジュールを評価する指標として、注文の納期あるいは第１工程の生産性、またはその両方を用いることを特徴とする請求項４に記載の生産スケジュール立案装置。