JP6496470B2 - 生産計画支援装置、生産計画支援プログラム及びその方法 - Google Patents
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Description
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態に係る生産計画支援装置により、生産納期と総電力コストとの関係を検討する方法の概要を説明する図である。図1に示すとおり、生産計画支援装置1は、タクト時間を表すタクト時間情報p、各ロットの生産のために各機械が消費する電力を表す生産消費電力情報e、及び電力単価情報cから、生産納期と総電力コストとの関係をグラフG1にして出力表示する。利用者は、出力表示されるグラフG1を参照して、生産スケジューリングを行う。
一般的に、ある設備においては、複数の製品ロットを複数の機械を経て製造を行っている。ここでは、4つの製品ロット(ロット番号1〜ロット番号4)を4台の機械(機械A〜機械D)を経て最終製品を製造する場合を例に、納期すなわち4つの製品ロットの全てを製造するために要する時間と、生産によりかかる電力コストとの関係について説明することとする。
複数の機械が同時に使用されている期間は、設備の電力消費量も大きくなる。図2(c)に例示するように、設備の稼動開始から工程が進むにつれて、より多くの台数の機械が稼動するにしたがって、電力消費量は増加してゆき、その後、先に使用する機械Aから順に使用を終えることとなるため、次第に電力消費量も減少してゆく。
生産計画支援装置1の利用者は、ロット番号nの製品ロットの加工に機械Mを使用するタクト時間pMnを、表形式でロット番号nと機械を識別する情報Mとを対応付けて図1においては不図示の入出力装置を介して設定する。図4に示す例では、各タクト時間pMnに「1[h]」が設定されている。
図5は、生産消費電力情報eを例示する図である。
生産計画支援装置1の利用者は、表形式で、時間帯kの電力の価格C(k)を、入出力装置を介して設定する。図6に示す例では、2つの時間帯が設定され、0時−8時の時間帯k(=1とする)の電力単価C(1)には「20[¥/kWh]」が、8時−16時の時間帯k(=2とする)の電力単価C(2)には「10[¥/kWh]」が設定されている。
数式群生成部11は、図4〜図6に例示するような、入出力装置を介して入力される情報より、設定された条件下での生産スケジューリングについての最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成する。
tD4+pD4≦Tmax…(2)
上の(2)式中の左辺第1項のtD4は、図2の説明において述べたとおり、最後に製造されるロット番号4のロットについての、最後に加工を行う機械DにおけるジョブjobD4を開始する時刻である。左辺第2項のpD4は、ジョブjobD4のタクト時間であり、図4のタクト時間情報pで設定される。すなわち、左辺は、生産工程において最後に実行されるジョブjobD4の終了時刻が、納期Tmax以前であることを表している。
tAn+pAn≦tBn…(3)
tBn+pBn≦tCn…(4)
tCn+pCn≦tDn…(5)
前述のとおり、nはロット番号を表し、上記の(3)式〜(5)式においては、n=1、2、3、4である。
tMn+pMn≦tM(n+1)…(6)
上記と同様に、nはロット番号を表し、(6)式においては、n=1、2、3である。また、M=A、B、C、Dである。
tMn+pMn≦Tk∨Tk≦tMn…(7)
但し、k=1、2、M=A,B、C、D、n=1、2、3、4である。また、Tkは、電力単価が切り替わる時刻を表し、図2のT1及びT2がこれに相当する。
(8)式は、時間帯kの消費電力Ekは、各ロット番号nの製品ロットを各機械Mで加工するときの消費電力EMnkの合計であることを表す。(9)式は、時間帯kのロット番号nの製品ロットを機械Mで加工するときの消費電力EMnkは、ジョブjobMnの開始時刻tMn及び終了時刻tMn+pMnのいずれもが時間帯kに属する場合は、M及びnの関数で表され、この条件を満たさない場合は、消費電力EMnkはゼロであることを表す。
図8は、本実施形態において一階述語論理式生成部12が生成する一階述語論理式を示す図である。
限定記号消去部13は、一階述語論理式生成部12が生成した論理式中に含まれる限定記号を消去した式を得る。
限定記号消去部13は、図8の式φから、限定記号を消去して、すなわち、納期Tmax及び総電力コストEtcos以外の変数を消去して、納期Tmaxと総電力コストEtcosとの関係式を得る。図8の式φのような一階述語論理式から限定記号を消去する方法については、公知の技術であるので、ここではその詳細については省略する。
<第2の実施形態>
上記の実施形態においては、納期Tmaxと総電力コストEtcosとの関係を表す式を求めてこれをグラフG1にして出力表示している。これに対し、本実施形態においては、納期と消費電力のピーク値との関係を表す式を求めてこれをグラフにして出力表示する点で異なる。
図11は、本実施形態に係る生産計画支援装置により、生産納期と消費電力のピーク値との関係を検討する方法の概要を説明する図である。図11に示すとおり、生産計画支援装置1´は、タクト時間情報pと生産消費電力情報eとから、生産納期と生産により消費する電力のピーク値との関係をグラフG2にして出力表示する。利用者は、出力表示されるグラフG2を参照して、生産スケジューリングを行う。
ここでは、ロット番号1及びロット番号2の2つの製品ロットを4台の機械A〜Dを経て最終製品を製造する場合を例に説明する。ここでも、上記の実施形態と同様に、製品ロットはロット番号nの順で製造し、ある製品ロットの製造においては、機械は機械A〜機械Dの順に使用し、更には、各機械は一度に1ロット分の仕事しかできないものとする。
複数の機械が同時に使用されている期間は、設備の電力消費量も大きくなることは、上記の実施形態と同様である。
図13は、タクト時間情報pを例示する図である。
生産計画支援装置1´の利用者は、図5の生産消費電力情報eと同様に、各ロット番号nのロットの生産に機械Mにおいて消費する電力EMnを、表形式でロット番号nと機械を識別する情報Mとを対応付けて設定する。図14に示す例では、ロット番号1のロットの生産に機械A乃至機械Dが消費する電力については、それぞれ5[kW]、8[kW]、9[kW]及び8[kW]が、ロット番号2のロットの生産に機械A乃至機械Dが消費する電力については、それぞれ4[kW]、6[kW]、6[kW]及び4[kW]が設定されている。
数式群生成部11(図3参照)は、図13及び図14に例示する情報より、上記実施形態と同様に、設定された条件下での生産スケジューリングについての最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式群からなる数式群を生成する。
tD2+pD2≦Tmax…(11)
(11)式において、tD2は、最後に製造されるロット番号2の製品ロットについての、最後に加工を行う機械DにおけるジョブjobD2を開始する時刻であり、pD2は、そのタクト時間である。すなわち、左辺は、生産工程において最後に実行されるジョブjobD2の終了時刻が、納期Tmax以前であることを表す。
tAn+pAn≦tBn…(12)
tBn+pBn≦tCn…(13)
tCn+pCn≦tDn…(14)
(12)式〜(14)式においては、ロット番号nは、n=1、2である。各式の左辺及び右辺が表す時刻については、上記の実施形態の説明において述べたとおりである。
tM1+pM1≦tM2…(15)
ここで、M=A、B、C、Dである。但し、本実施例では製品ロット数が2であるため、(15)式においては、先に製造するロット(ロット番号1のロット)のジョブの終了時刻が、次に製造するロット(ロット番号2のロット)のジョブの開始時刻以前であることを表している。
図16は、本実施形態において一階述語論理式生成部12が生成する一階述語論理式を示す図である。
11 数式群生成部
12 一階述語論理式生成部
13 限定記号消去部
14 可視化部
Claims (8)
- 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する生産計画支援装置であって、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報と、時間帯区分ごとのエネルギー単価とが入力されると、該タクト時間、消費エネルギー情報及び時間帯区分ごとのエネルギー単価に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成する数式群生成部と、
前記数式群生成部において生成した数式群より、一階述語論理式を生成する一階述語論理式生成部と、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間に消費する総エネルギーコストとの関係を表す式を得る限定記号消去部と、
前記限定記号消去部において処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記総エネルギーコストとの関係をグラフにより可視化する可視化部と、
を有することを特徴とする生産計画支援装置。 - 前記数式群生成部は、前記目的関数として、全てのロットを生産する間の総エネルギーコストを表現する第1の数式群を生成し、前記制約条件として、ロットの生産納期を表現する第2の数式群、各ロットが各機械を使用するときの使用順序による制約を表現する第3の数式群、及び生産時の各時刻における消費エネルギーを表現する第4の数式群を生成し、
前記一階述語論理式生成部は、前記第1から第4の数式群を論理積で結合し、該第1から第4の数式群に含まれるロットの生産開始タイミングを表す変数及び消費エネルギーを表す変数が存在することを表す存在記号を付与することにより、前記一階述語論理式を生成する、
ことを特徴とする請求項1記載の生産計画支援装置。 - 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する生産計画支援装置であって、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報または各ロットの各機械での生産に要するエネルギーコストを表すエネルギーコスト情報とが入力されると、該タクト時間及び消費エネルギー情報またはエネルギーコスト情報に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成する数式群生成部と、
前記数式群生成部において生成した数式群より、一階述語論理式を生成する一階述語論理式生成部と、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間の消費エネルギーの最大値またはエネルギーコストの最大値との関係を表す式を得る限定記号消去部と、
前記限定記号消去部において処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記消費エネルギーの最大値または前記エネルギーコストの最大値との関係をグラフにより可視化する可視化部と、
を有することを特徴とする生産計画支援装置。 - 前記数式群生成部は、全てのロットを生産する間の消費エネルギーの最大値またはエネルギーコストの最大値を表現する第1の数式群を生成し、前記制約条件として、ロットの生産納期を表現する第2の数式群、各ロットが各機械を使用するときの使用順序による制約を表現する第3の数式群、及び生産時の各時刻における消費エネルギーまたはエネルギーコストを表現する第4の数式群を生成し、
前記一階述語論理式生成部は、前記第1から第4の数式群を論理積で結合し、該第1から第4の数式群に含まれるロットの生産開始タイミングを表す変数及び消費エネルギーまたはエネルギーコストを表す変数が存在することを表す存在記号を付与することにより、前記一階述語論理式を生成する、
ことを特徴とする請求項3記載の生産計画支援装置。 - 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する生産計画支援処理を情報処理装置に実行させるための生産計画支援プログラムであって、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報と、時間帯区分ごとのエネルギー単価とが入力されると、該タクト時間、消費エネルギー情報及び時間帯区分ごとのエネルギー単価に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成し、
前記生成した数式群より、一階述語論理式を生成し、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間に消費する総エネルギーコストとの関係を表す式を得、
前記限定記号消去法により処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記総エネルギーコストとの関係をグラフにより可視化する、
ことを特徴とする生産計画支援プログラム。 - 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する生産計画支援処理を情報処理装置に実行させるための生産計画支援プログラムであって、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報または各ロットの各機械での生産に要するエネルギーコストを表すエネルギーコスト情報とが入力されると、該タクト時間及び消費エネルギー情報またはエネルギーコスト情報に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成し、
前記生成した数式群より、一階述語論理式を生成し、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間の消費エネルギーの最大値またはエネルギーコストの最大値との関係を表す式を得、
前記限定記号消去法により処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記消費エネルギーの最大値または前記エネルギーコストの最大値との関係をグラフにより可視化する、
ことを特徴とする生産計画支援プログラム。 - 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する、情報処理装置が実行する生産計画支援方法であって、前記情報処理装置が、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報と、時間帯区分ごとのエネルギー単価とが入力されると、該タクト時間、消費エネルギー情報及び時間帯区分ごとのエネルギー単価に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成し、
前記生成した数式群より、一階述語論理式を生成し、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間に消費する総エネルギーコストとの関係を表す式を得、
前記限定記号消去法により処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記総エネルギーコストとの関係をグラフにより可視化する、
ことを特徴とする生産計画支援方法。 - 機械間の順序やロット間の順序を制約として、複数のロットを複数の機械を経て生産する際の生産計画を支援する、情報処理装置が実行する生産計画支援方法であって、前記情報処理装置が、
前記各ロットの各機械での生産に必要な時間を表すタクト時間と、各ロットの各機械での生産において消費するエネルギーを表す消費エネルギー情報または各ロットの各機械での生産に要するエネルギーコストを表すエネルギーコスト情報とが入力されると、該タクト時間及び消費エネルギー情報またはエネルギーコスト情報に基づいて、最適化問題の目的関数及び制約条件を表す複数の数式からなる数式群を生成し、
前記生成した数式群より、一階述語論理式を生成し、
限定記号消去法より、前記生成した一階述語論理式を処理して、全てのロットが生産を完了するときを表す生産納期と全てのロットを生産する間の消費エネルギーの最大値またはエネルギーコストの最大値との関係を表す式を得、
前記限定記号消去法により処理した結果得られる関係式を用いて、前記生産納期と前記消費エネルギーの最大値または前記エネルギーコストの最大値との関係をグラフにより可視化する、
ことを特徴とする生産計画支援方法。
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