JP6688616B2 - シミュレーション装置 - Google Patents
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Description
処理対象となる複数のジョブを予め記憶する対象ジョブ記憶部と、
前記処理対象のジョブの前記設備への到着順序を作成する到着順序作成部と、
前記作成された到着順序にしたがって配列されたジョブの待ち行列を記憶する待ち行列記憶部と、
前記待ち行列の先頭から所定番目までのジョブに対して検索範囲を設定し、前記設定した検索範囲の中から所定の選択ルールで1のジョブを選択するジョブ選択部と、
前記選択されたジョブを選択順に記憶する処理順序記憶部と、
前記ジョブが選択される度に、前記待ち行列内のジョブの順序を更新し、前記ジョブ選択部に1のジョブを選択させる待ち行列更新部と、
前記処理順序記憶部において前記選択順に記憶されたジョブ群の段取り替え回数を計算する段取り替え計算部と、
予め定められた段取り替え時間及びジョブの処理時間に基づいて、前記処理順序記憶部に記憶されたジョブ群に対する前記設備の生産性を計算する生産性計算部と、
前記計算された生産性を前記設定された検索範囲と対応付けて記憶するシミュレーション結果記憶部と、
前記検索範囲を更新する検索範囲更新部とを備え、
前記ジョブ選択部、前記待ち行列更新部、前記段取り替え計算部、及び前記生産性計算部は、更新された検索範囲のそれぞれに対して処理を実行し、
前記シミュレーション結果記憶部に記憶された検索範囲と生産性との組を用いて仕掛量と生産性との関係性を示す関係性情報を生成するシミュレーション結果集計部を更に備える。
前記ジョブ選択部、前記待ち行列更新部、前記段取り替え計算部、前記生産性計算部、及び前記検索範囲更新部はそれぞれの到着順序に対して処理を実行し、
前記シミュレーション結果集計部は、前記シミュレーション結果記憶部に記憶された前記検索範囲と生産性との組を用いて関係性情報を生成してもよい。
ここで、例えば、ジョブの処理量の単位をトン(ton)、ジョブの処理時間の単位を時間(hr)とすると、生産性は1時間当たりに処理トン数となり、単位はton/hrとなる。
前記シミュレーション装置は、まず、前記第1設備の前記関係性情報を算出し、
第k(k=1〜K)設備における前記関係性情報を参照し、前記第k設備において事前に要求される生産性に対応する仕掛量を前記第k設備の待ち行列の検索範囲として決定する検索範囲決定部と、
前記第k設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブの処理順序を、前記決定された検索範囲のもとで前記ジョブ選択部に決定させ、前記決定された処理順序で前記処理対象のジョブを第k+1設備の待ち行列に格納する次工程待ち行列設定部とを更に備え、
前記シミュレーション装置は、前記第k+1設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブに対して前記関係性情報を計算する処理を前記第2設備から第K設備まで順次に実行してもよい。
前記第1〜第Kの設備毎に前記ロット纏め条件を個別に設定するロット編成条件設定部を更に備えてもよい。
前記第1〜第K設備は、それぞれ、上限仕掛量を持ち、
前記第1〜第K設備のそれぞれの検索範囲を、対応する上限仕掛量に設定し、第1〜第K設備の前記生産性を順に計算し、前記第1〜第K設備の中で前記生産性が最低となる設備に対応する工程をネック工程として検出するネック工程検出部と、
前記第1〜第K工程の前記関係性情報を順に算出しながら、前記検出したネック工程の生産性を達成基準としたときの最小仕掛量を第1〜第K工程の検索範囲として順に決定する検索範囲決定処理を実行する決定処理実行部とを更に備え、
前記決定処理実行部は、前記第1〜第K工程の中で、前記決定された検索範囲が、前記上限仕掛量を超える超過工程を新たなネック工程として検出し、前記新たなネック工程の上限仕掛量を満たす最大の生産性を前記達成基準とする前記検索範囲決定処理を、前記超過工程が検出されなくなるまで実行してもよい。
前記ネック工程の生産性を持つ設備を第S(S=1〜K)設備とすると、第S−1設備においては、直前に選択したジョブの前記第S設備におけるロット纏め条件が同じジョブを優先的に選択するというルールであり、
前記第S−1設備以外の設備においては、直前に選択したジョブの自設備におけるロット纏め条件が同じジョブを優先的に選択するというルールであってもよい。
[シミュレーション装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1によるシミュレーション装置の全体構成の一例を示すブロック図である。シミュレーション装置は、対象ジョブ記憶部101、到着順序作成部102、待ち行列記憶部103、ジョブ選択部104、検索範囲記憶部105、処理順序記憶部106、待ち行列更新部107、段取り替え計算部108、生産性計算部109、マスタ時間記憶部110、シミュレーション結果記憶部111、検索範囲更新部112、シミュレーション結果集計部113、集計結果記憶部114を備えている。
次に、本実施の形態におけるシミュレーション装置の処理について説明する。
到着順序作成部102は、対象ジョブ記憶部101からシミュレーション対象となる複数のジョブのデータを読み出し、ランダムに並べ替えて、ジョブの到着順序を作成し、作成した到着順序に従ってジョブが配列された待ち行列を生成し、待ち行列記憶部103に記憶する。
セクション(a)では、図2に示す21個のジョブは、ランダムに決定された到着順序にしたがって待ち行列301に配列されている。なお、待ち行列301の先頭は設備302側であり、設備302に近いジョブほど到着順序が高い。
待ち行列更新部107は、ジョブ選択部104により1つのジョブが選択されると、待ち行列301内の検索範囲Rからジョブが1つ減るので、待ち行列301に残存するジョブのうち、選択されたジョブより後続のジョブの順序を1つ繰り上げ、待ち行列301を更新する。これにより、待ち行列301内の前記後続ジョブの順位が1つ詰められ、ジョブ間に順位の欠落が生じることが防止される。
待ち行列301が空になるまで、(処理2)、(処理3)のジョブの選択と待ち行列301の更新とが繰り返される。この過程において、検索範囲R内に直前に選択されたジョブと同じ品種のジョブが無くなった場合、ジョブ選択部104は、待ち行列301内の先頭のジョブを選択する。図4に示すセクション(e)では、検索範囲Rに直前に選択されたジョブと同じ品種「A」のジョブが無いため、先頭のジョブ「5」(品種「C」:黒色)が処理順序が5番目のジョブとして選択されている。
待ち行列301が空になると、段取り替え計算部108は、完成したジョブ群に対して、段取り替え回数を計算する。ここでは、品種が切り替わるタイミングで段取り替えが発生するものとする。図4のセクション(j)では、段取り替えのタイミングの一例が示されている。図3(j)では、4番目及び5番目のジョブの間、8番目及び9番目のジョブの間、15番目及び16番目のジョブの間、19番目及び20番目のジョブの間で品種が切り替わっており、全体で4回の段取り替えが発生している。そのため、段取り替え計算部108は、このジョブ群に対する段取り替え回数を4回と計算する。
生産性計算部109は、(処理5)までに決定された処理順序と段取り替え回数とを用いて、設備での単位時間あたりの生産量である生産性を計算する。生産性を計算するにあたり、生産性計算部109は、予め定められたジョブの処理時間と段取り替え時間とをマスタ時間記憶部110から取得する。ここでは、生産性の指標としてトン/月を用いる。図6は、マスタ時間記憶部110が記憶するパラメータテーブルT6の一例を示す図である。パラメータテーブルT6は、「処理時間」、「段取り替え時間」、「重量」、及び「稼働率」をそれぞれ記憶する。
ここで、Σジョブの処理重量はジョブの処理量の総和を示し、Σ処理時間はジョブの処理時間の総和を示し、Σ段取り替え時間はジョブの段取り替え時間の総和を示す。
次に、生産性計算部109は、この結果の前提となる検索範囲と生産性との組をシミュレーション結果記憶部111に格納する。例えば、図5の例において検索範囲を30にした時の生産性が2468.5[ton/月]であったとすると、(30,2468.5)のように検索範囲と生産性との組が保存される。
(処理2)〜(処理6)では、1つのジョブの到着順序に対して、検索範囲を固定した時の設備の生産性を計算する例が示された。次に、検索範囲更新部112は、検索範囲を更新して(処理2)〜(処理6)の処理を行う。検索範囲の更新は、例えば、所定の範囲で検索範囲を段階的に大きくしてゆく方法、或いは所定の範囲で検索範囲を段階的に小さくしてゆく方法、などが考えられる。
(処理1)〜(処理7)では、1つのジョブの到着順序に対して、複数の検索範囲のそれぞれにおける設備の生産性が計算される例が示された。次に、到着順序作成部102は、異なるジョブの到着順序を作成する。そして、シミュレーション装置は、各到着順序に対して(処理1)〜(処理7)の処理を繰り返す。ここで、到着順序作成部102は、ランダムで複数のジョブの到着順序を作成する。到着順序の更新回数は、更新テーブルT7の「試行の繰り返し回数」に予め登録されている。
(処理1)〜(処理8)では、複数のジョブの到着順序のそれぞれに対して、複数の検索範囲のそれぞれでの設備の生産性が計算され、検索範囲と生産性との組がシミュレーション結果記憶部111に記憶される。
図10は、本発明の実施の形態1におけるシミュレーション装置の処理の一例を示すフローチャートである。上述した、(処理1)〜(処理9)は図10に示すフローチャートに纏められる。
(1)シミュレーション装置は、待ち行列の検索範囲を固定して、次に処理するジョブを逐次選択することで処理順序(スケジュール)でジョブが配列されたジョブ群を作成し、そのジョブ群の生産性を計算する。そして、この生産性を複数の検索範囲で計算して検索範囲と対応付けてシミュレーション結果記憶部111に蓄積していき、検索範囲と生産性との関係性を示す情報(散布図)を生成する。ここで、検索範囲は仕掛量に対応しているので、この散布図には、仕掛量と生産性との関係性が網羅的に示されている。よって、この関係性を示す情報から、ユーザは要求される生産性に対して確保するべき仕掛量を容易に判断できる。
(1)上記実施の形態では、ジョブ選択部104は、直前に選択したジョブと品種が同じジョブを次処理ジョブとして選択した。本発明はこれに限定されず、ジョブ選択部104は、直前に選択したジョブに対して段取り替え時間が最小となるジョブを次処理ジョブとして優先的に選択するというルールで次処理ジョブを選択してもよい。
実施の形態2のシミュレーション装置は、順次に実行される工程(1)〜工程(K)に対応する設備(1)〜設備(K)に対してシミュレーションを実行することを特徴とする。なお、Kは2以上の整数である。
以下、実施の形態2における処理の概要を図12及び図13を用いて説明する。図12、図13は、実施の形態2における処理の概要を示す図である。
シミュレーション装置は、実施の形態1の手法を用いて、設備(1)におけるシミュレーションを実施し、関係性情報を計算する。検索範囲決定部115は、設備(1)における関係性情報から、設備(1)の要求生産性に対する仕掛量を設備(1)の検索範囲R(1)として決定する。ここで、検索範囲決定部115は、例えば、下記の手法で検索範囲R(1)を決定すればよい。例えば、図8で示すような散布図が関係性情報として得られたとすると、検索範囲決定部115は、この散布図にプロットされた生産性と検索範囲との組を示す点の分布を近似する回帰曲線を求める。そして、検索範囲決定部115は、設備(1)の要求生産性に対応する検索範囲を、求めた回帰曲線から決定する。なお、要求生産性は月次或いは期の生産計画から設備毎に事前に決定されているものとする。
検索範囲決定部115は、図12に示すように設備(1)の待ち行列1201において処理21で決定した検索範囲R(1)を設定する。ここで、検索範囲R(1)は待ち行列1201において変動されずに固定される。
次工程待ち行列設定部116は、到着順序作成部102に、処理対象のジョブの設備(1)への到着順序を作成させ、作成された到着順序に並べられた処理対象のジョブを待ち行列1201に格納させる。ここでは、到着順序作成部102は、実施の形態1と同様、予め処理対象のジョブをランダムに並べ替えることで到着順序を作成する。
次工程待ち行列設定部116は、ジョブ選択部104に、設備(1)のロット纏め条件にしたがって、検索範囲R(1)から1つずつジョブを選択し、処理順序記憶部106に格納していく。ここでは、設備(1)のロット纏め条件として熱処理温度が採用されている。そのため、ジョブ選択部104は、検索範囲R(1)において、直前に選択したジョブとロット纏め条件が同じであり、且つ、検索範囲R(1)において最も先頭側に格納されたジョブを優先的に選択する。ここでは、熱処理温度として、温度TA、TB、TCの3つの熱処理温度があり、温度TAのジョブは白、温度TBのジョブはグレー、温度TCのジョブは黒で示されている。
次工程待ち行列設定部116は、処理24で決定された処理順序で処理順序記憶部106に格納されたジョブを読み出して設備(2)の待ち行列1301に格納する。設備(2)ではロット纏め条件として、塗料が採用されている。ここでは、塗料として、塗料C1、C2、C3の3つの塗料があり、塗料C1のジョブは密度が最小のハッチングで示され、塗料C2のジョブは密度が中間のハッチングで示され、塗料C3のジョブは密度が最大のハッチングで示されている。
次工程待ち行列設定部116は、ジョブ選択部104に、待ち行列1301に格納されたジョブに対して、設備(2)のロット纏め条件にしたがって1つずつジョブを選択させ、処理順序記憶部106に格納する。これにより、設備(2)の処理順序が得られる。この時、次工程待ち行列設定部116は、ジョブ選択部104に、検索範囲R(2)を段階的に更新させながら処理順序を作成させる。検索範囲R(2)の更新方法は実施の形態1と同様の手法が用いられる。そして、得られた処理順序に対しては、実施の形態1と同様、検索範囲R(2)のそれぞれについての生産性が計算され、検索範囲R(2)と生産性との組がシミュレーション結果記憶部111に記憶される。
次工程待ち行列設定部116は、到着順序作成部102に設備(1)の待ち行列1301に格納する異なるジョブの到着順序を作成させて到着順序を更新する。そして、シミュレーション装置は、各到着順序に対して(処理23)〜(処理26)の処理を繰り返す。なお、シミュレーション装置は、実施の形態1と同様、更新テーブルT7の「試行の繰り返し回数」に予め登録されている回数に到達するまで、ジョブの到着順序を更新させ、各到着順序に対して(処理23)〜(処理26)を繰り返す。
シミュレーション結果集計部113は、(処理23)〜(処理27)により網羅的に計算された検索範囲R(2)と生産性との組を、図8に示す2次元グラフにプロットし、設備(2)における関係性情報を作成する。これにより、設備(2)において、仕掛量と生産性との組がプロットされた散布図が作成される。
図14は、本発明の実施の形態2によるシミュレーション装置の処理の一例を示すフローチャートである。
図15は、設備とロット纏め条件との関係の一例を示した図である。図15の例では、3つの設備(1)〜設備(3)があり、設備(1)では焼鈍温度がロット纏め条件として採用され、設備(2)では塗料がロット纏め条件として採用され、設備(3)では板幅がロット纏め条件として採用されている。
(変形例1)
図21は、本発明の実施の形態3の変形例1におけるジョブの選択ルールの一例を示す図である。この変形例では、実施の形態3における選択ルール(2)と(3)とが入れ替えられている。
実施の形態3では、自設備とともに、次設備のロット纏め条件が考慮された選択ルールであったが、次設備の代わりに「下流設備のうちの特定の設備」のロット纏め条件が考慮された選択ルールが採用されても良い。
実施の形態3では、自設備と次設備との2つの設備のロット纏め条件が用いられた選択ルールであったが、自設備と「下流設備のうちの複数の工程」との3つ以上のロット纏め条件が用いられた選択ルールが採用されてもよい。
実施の形態4は、各設備において上限仕掛量が設定されており、この上限仕掛量を超えないように各設備の検索範囲(仕掛量)を決定することを特徴とする。
図23は、本発明の実施の形態4によるシミュレーション装置の処理の一例を示すフローチャートである。
次に、実施の形態4のシミュレーション装置の具体例について説明する。以下の具体例では、図26に示すように、6つの工程(1)〜工程(6)からなる多品種工程のフローショップを想定する。図26は、本発明の実施の形態4の具体例におけるフローショップを示す図である。
102 到着順序作成部
103 待ち行列記憶部
104 ジョブ選択部
105 検索範囲記憶部
106 処理順序記憶部
107 待ち行列更新部
108 段取り替え計算部
109 生産性計算部
110 マスタ時間記憶部
111 シミュレーション結果記憶部
112 検索範囲更新部
113 シミュレーション結果集計部
114 集計結果記憶部
115 検索範囲決定部
116 次工程待ち行列設定部
117 ロット編成条件設定部
2201 ネック工程検出部
2202 決定処理実行部
Claims (13)
- ロットに応じて段取り替えを行う設備において、仕掛量と生産性との関係性をシミュレートするシミュレーション装置であって、
処理対象となる複数のジョブを予め記憶する対象ジョブ記憶部と、
前記処理対象のジョブの前記設備への到着順序を作成する到着順序作成部と、
前記作成された到着順序にしたがって配列されたジョブの待ち行列を記憶する待ち行列記憶部と、
前記待ち行列の先頭から所定番目までのジョブに対して検索範囲を設定し、前記設定した検索範囲の中から所定の選択ルールで1のジョブを選択するジョブ選択部と、
前記選択されたジョブを選択順に記憶する処理順序記憶部と、
前記ジョブが選択される度に、前記待ち行列内のジョブの順序を更新し、前記ジョブ選択部に1のジョブを選択させる待ち行列更新部と、
前記処理順序記憶部において前記選択順に記憶されたジョブ群の段取り替え回数を計算する段取り替え計算部と、
予め定められた段取り替え時間及びジョブの処理時間に基づいて、前記処理順序記憶部に記憶されたジョブ群に対する前記設備の生産性を計算する生産性計算部と、
前記計算された生産性を前記設定された検索範囲と対応付けて記憶するシミュレーション結果記憶部と、
前記検索範囲を更新する検索範囲更新部とを備え、
前記ジョブ選択部、前記待ち行列更新部、前記段取り替え計算部、及び前記生産性計算部は、更新された検索範囲のそれぞれに対して処理を実行し、
前記シミュレーション結果記憶部に記憶された検索範囲と生産性との組を用いて仕掛量と生産性との関係性を示す関係性情報を生成するシミュレーション結果集計部を更に備えるシミュレーション装置。 - 前記到着順序作成部は、異なる到着順序を複数作成し、
前記ジョブ選択部、前記待ち行列更新部、前記段取り替え計算部、前記生産性計算部、及び前記検索範囲更新部はそれぞれの到着順序に対して処理を実行し、
前記シミュレーション結果集計部は、前記シミュレーション結果記憶部に記憶された検索範囲と生産性との組を用いて前記関係性情報を生成する請求項1記載のシミュレーション装置。 - 前記ジョブ選択部は、直前に選択したジョブに対して同一ロットに纏めるための条件が同じジョブを次処理ジョブとして優先的に選択するというルールを、前記選択ルールとして採用する請求項1又は2記載のシミュレーション装置。
- 前記ジョブ選択部は、直前に選択したジョブに対して段取り替え時間が最小となるジョブを次処理ジョブとして優先的に選択するというルールを、前記選択ルールとして採用する請求項1又は2記載のシミュレーション装置。
- 前記生産性計算部は、事前に設定された前記設備の稼働率を用いて、以下の方法で前記生産性を計算する請求項1〜4のいずれか1に記載のシミュレーション装置。
生産性=稼働率×ジョブの処理量の総和/(ジョブの処理時間の総和+ジョブの段取り替え時間の総和) - 前記到着順序作成部は、前記到着順序をランダムに決定する請求項1〜5のいずれか1に記載のシミュレーション装置。
- 前記到着順序作成部は、予め定められた複数個のジョブからなるジョブグループ単位で前記到着順序を決定する請求項6記載のシミュレーション装置。
- 前記設備は、順次に実行される第1〜第K(Kは2以上の整数)工程に対応する第1〜第K設備を含み、
前記シミュレーション装置は、まず、前記第1設備の前記関係性情報を算出し、
第k(k=1〜K)設備における前記関係性情報を参照し、前記第k設備において事前に要求される生産性に対応する仕掛量を前記第k設備の待ち行列の検索範囲として決定する検索範囲決定部と、
前記第k設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブの処理順序を、前記決定された検索範囲のもとで前記ジョブ選択部に決定させ、前記決定された処理順序で前記処理対象のジョブを第k+1設備の待ち行列に格納する次工程待ち行列設定部とを更に備え、
前記シミュレーション装置は、前記第k+1設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブに対して前記関係性情報を計算する処理を前記第2設備から第K設備まで順次に実行する請求項1〜7のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 - 前記次工程待ち行列設定部は、前記第k+1設備の待ち行列に前記処理対象のジョブを格納するに際し、第m(m=1〜k)設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブの処理順序を前記検索範囲決定部により決定された第m設備の検索範囲のもとで前記ジョブ選択部に決定させ、前記決定された処理順序で前記処理対象のジョブを第m+1設備の待ち行列に格納する処理を、第1から第m設備まで順次に実行する請求項8記載のシミュレーション装置。
- 前記選択ルールは、直前に選択したジョブに対して同一ロットに纏めるためのロット纏め条件が同じジョブを次処理ジョブとして優先的に選択するというルールであり、
前記第1〜第Kの設備毎に前記ロット纏め条件を個別に設定するロット編成条件設定部を更に備える請求項8に記載のシミュレーション装置。 - 前記ジョブ選択部が、前記第k設備の待ち行列に格納された前記処理対象のジョブの処理順序を決定する場合の前記選択ルールは、直前に選択したジョブと、第k設備及び第k+1設備のロット纏め条件が同じジョブを優先的に選択するというルールである請求項10に記載のシミュレーション装置。
- 前記設備は、順次に実行される第1〜第K(Kは2以上の整数)工程に対応する第1〜第K設備を含み、
前記第1〜第K設備は、それぞれ、上限仕掛量を持ち、
前記第1〜第K設備のそれぞれの検索範囲を、対応する上限仕掛量に設定し、第1〜第K設備の前記生産性を順に計算し、前記第1〜第K設備の中で前記生産性が最低となる設備に対応する工程をネック工程として検出するネック工程検出部と、
前記第1〜第K工程の前記関係性情報を順に算出しながら、前記検出したネック工程の生産性を達成基準としたときの最小仕掛量を第1〜第K工程の検索範囲として順に決定する検索範囲決定処理を実行する決定処理実行部とを更に備え、
前記決定処理実行部は、前記第1〜第K工程の中で、前記決定された検索範囲が、前記上限仕掛量を超える超過工程を新たなネック工程として検出し、前記新たなネック工程の上限仕掛量を満たす最大の生産性を前記達成基準とする前記検索範囲決定処理を、前記超過工程が検出されなくなるまで実行する請求項1記載のシミュレーション装置。 - 前記検索範囲決定処理における前記ジョブ選択部の選択ルールは、
前記ネック工程の生産性を持つ設備を第S(S=1〜K)設備とすると、第S−1設備においては、直前に選択したジョブの前記第S設備におけるロット纏め条件が同じジョブを優先的に選択するというルールであり、
前記第S−1設備以外の設備においては、直前に選択したジョブの自設備におけるロット纏め条件が同じジョブを優先的に選択するというルールである請求項12記載のシミュレーション装置。
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