JP6977168B2 - 部品搭載機の搭載時間平準化装置、及び搭載時間平準化方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面実装部品をプリント基板に実装しはんだ付けする表面実装ラインで、特に多品種少量生産を行うラインにおいて、部品搭載機での表面実装部品の実装待ちによる生産停止を少なくする搭載時間平準化システム装置、及び搭載時間平準化方法に関する。

表面実装部品をプリント基板に実装しはんだ付けする表面実装ラインにおいて、単一の部品搭載機（以下、搭載機という）では、基板に搭載するべき部品種よりも搭載機が搭載可能な部品種が少ない場合、搭載機の実装中に部品交換が必要となる。それは、ラインの生産効率を大きく損ない現実的ではないので、搭載機が搭載可能な部品種数を増やす効果とほぼ同等な、複数の搭載機を繋いだライン構成として、複数の搭載機により搭載部品種を分担させることが一般的である。

生産ラインに連続して投入される基板を複数の搭載機で分担して実装する際、各搭載機毎の搭載時間にばらつきが存在すると、搭載時間の短い搭載機には、搭載時間の長い搭載機の搭載完了を待つ時間が生じ、表面実装ラインの生産効率が低下する。各搭載機の搭載時間のばらつきを低減する平準化を実施することで、搭載待ち時間を低減し、表面実装ラインの生産効率を向上することが可能である。

表面実装部品をプリント基板に実装しはんだ付けする表面実装ラインにおいては、複数の基板種を同一ラインで実装する場合、使用する部品種数が多くなり、全ての部品種を同時に複数の搭載機へ設置できないことが生じる。この場合、実装する基板種の切り換え時に部品交換を実施する段取りが生じる。

ラインで生産計画のある基板種をグループに分け、グループ毎に使用する部品をカート（複数部品種を設置可能な台車）に設置し、実装する基板種の切り換え時に各部品種個別の段取りを実施せず、カートごと搭載機への接続を入れ替えて部品を切り換えることで、段取りに要する時間を低減する手法が一般に知られている。

一方、各搭載機の搭載時間の平準化を実施すると、基板種のグループ分けに基づいて部品をカート上に設置した配置が修正され、段取りの必要な部品と段取りの不要な部品が搭載機上に混在するため、実装する基板種の切り換え時に各部品種個別の段取りが必要となり、段取りに要する時間が増加しやすい。

段取りに要する時間を低減しつつ、各搭載機毎の搭載時間のばらつきを低減するため、特許文献１では、部品を基板種の切り換え時に段取りの必要な段取部品と、基板種の切り換え時に段取りの不要な共通部品とに分類し、段取部品と共通部品の部品を振り分けるカートを固定し、段取部品と共通部品の各々について、生産計画の部品使用比率が高い順に、搭載機の部品搭載時間累計が最小である搭載機へ振り分けることで、搭載機の総搭載時間を平準化する。

特開２００１−２５１０９５号公報

各搭載機の搭載時間のばらつきを低減する平準化を実施する場合、部品を搭載する基板種を変更する度に、平準化した状態を維持するために、各搭載機へ設置した部品を交換する必要がある。特に多品種少量生産を行うラインにおいて、実装時間よりも段取りに要する時間が長くなり、段取りによる生産停止が生じやすい。

特許文献１に示す手法では、複数の基板種をグループ分けし、実装部品をグループ切り換え時に部品を変更する段取りを実施する段取部品と、グループ切り換え時に部品を変更しない共通部品に分けることで段取時間を低減するＳＭＴラインにおいて、段取部品と共通部品に対し、同時に搭載時間の平準化を実施することができず、個別に搭載時間の平準化を実施するため、段取部品と共通部品間の搭載時間ばらつきが大きい場合に、搭載機の製造待ち時間が大きくなる課題が存在する。

そこで、本発明では、段取部品と共通部品間の搭載時間ばらつきが大きい場合にも、平準化を実施し、搭載機の製造待ち時間を低減する技術を提供することを目的とする。

本発明の搭載時間平準化装置の好ましい例では、基板種毎の部品搭載機間の部品搭載時間のばらつきを平準化する搭載時間平準化装置であって、生産計画のある基板種を対象基板として、多くの基板種に共通して使用される共通部品を配置したカートと、それ以外の部品をグループ分けした段取部品用カートに配置したカート構成データを作成するカート構成グループ化部と、カート構成グループ化部が作成したカート構成データを入力として、ランダムに選択したあるカート上の対象部品の配置を他のカートへ変える仮配置パターンに対して、前記基板種毎の前記各部品搭載機間の前記部品搭載時間の平準化度合いに基づき、前記対象部品の配置を変更する搭載時間平準化部とを備えて構成する。

また、本発明の搭載時間平準化方法の好ましい例では、計算機が、基板種毎の各部品搭載機間の部品搭載時間のばらつきを平準化する搭載時間平準化方法であって、生産計画のある基板種を対象基板として、多くの基板種に共通して使用される共通部品を配置したカートと、それ以外の部品をグループ分けした段取部品用カートに配置したカート構成データを入力し、ランダムに選択したあるカート上の対象部品の配置を他のカートへ変える仮配置パターンに対して、前記基板種毎の前記各部品搭載機間の前記部品搭載時間の平準化度合いに基づき、前記対象部品の配置を変更する。

本発明により、段取部品と共通部品に対し、搭載時間の平準化を実現することで、搭載機の製造待ち時間を低減することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

搭載時間平準化装置を実現するための機能ブロック図である。 (Ａ)搭載機の構成を説明する図、(Ｂ)共通部品のカート群、各グループ専用の段取部品のカート群、カート構成テーブルを説明する図である。 搭載時間平準化部の処理手順の実施例を示すフローチャートである。 搭載機に対するカートの割り当ての一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 部品仮配置の一例を示す図である。 搭載時間平準化部による、平準化指数最適な部品配置に確定する処理のループ回数と平準化指数の収束を示す図である。 搭載時間平準化部が、過去の平準化結果を入力して搭載時間平準化処理を実施するフローチャートである。 部品種と部品使用数の関係の一例を示す図である。 図１３に示す部品種に対し平準化を実施した一例を示す図である。 部品の配置の分割後の部品種と部品使用数の関係の一例を示す図である。 図１５に示す部品種に対し平準化を実施した一例を示す図である。 搭載機が、カートに配置された部品を搭載ヘッドで拾い上げ、基板上に搭載する動作手順を示す図である。 平準化結果出力部が、平準化後のカート構成テーブルに記録されたデータを読み出し、基板種毎の各搭載機の段取部品と共通部品の搭載時間を算出して、表示部に出力するグラフの例である。 実施例７における各搭載機へダウンロードする部品配置データの例を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、図２(Ａ)、図２(Ｂ)を用いて一実施形態に係る表面実装ライン内の搭載機の構成およびカート入替段取りを説明する。

搭載機１００の本実施例に係わる主要な構成要素は、カート１１０（図示はしていないが、本実施例の搭載機は、カートを２台同時に接続可能とする。）、カートに部品を設置するフィーダ１２０、搭載ヘッド１０２より構成される。

搭載機１００に部品１２１を供給する際は、部品（ある一部品種の部品を収納したリールなど）１２１をフィーダ１２０にセットし、更にカート１１０上に構成されたレーン（本実施例では７レーンの構成例を示しているが、実際は例えば５０レーン、または６０レーン程度ある）１１５の１つにフィーダ１２０をセットする。カート１１０上の各レーンにフィーダ１２０がセットされた状態で、段取り時に、カート１１０を搭載機１００の所定位置に接続されていた前生産時使用されていたカートと入れ替えて、接続して、段取り終了となる。

次に、搭載機１００で部品１２１をプリント基板へ搭載する際は、搭載ヘッド１０２が、カート１１０上の各フィーダ１２０にセットされている部品１２１をつかみ(または吸着して拾い上げ)、プリント基板１０１の部品配置位置まで移動して、そこに搭載する。この操作を複数の搭載機で、各カート群１１１に対して繰り返すことで、プリント基板１０１を組み立てることができる。
このように搭載機で基板を組み立てる際には、カートやフィーダに部品をセットする段取り作業が必要となり、これは一般に人手作業によって行われている。

また多品種少量生産においては、例えば、１つのカート群１１１のみでは、全ての基板種の部品をカバーすることができないため、図２(Ｂ)に示すような、多くの基板種に共通して使用される部品種を共通部品として選別して、共通部品のカート群１１２を作成して、各搭載機に固定的に接続すると共に、それ以外の各グループ(Gr(1)、Gr(2)など)に特有に使用される部品種は、各グループ専用の段取部品のカート群１１３，１１４を作成して、生産ラインで製造される基板種のグループに対応させて、対応グループの段取部品のカート群を段取りする必要がある。一般に、品種数に比例してカート数も増えるため、段取時間が大きく増加する傾向にある。

表面実装ラインの生産時間は、主に段取り時間と搭載機の稼働時間に分けられる。
段取り時間は、製造する基板種変更、表裏面の反転の際、搭載機を停止して、使用する部品を入れ替える等の作業時間である。
稼働時間は、搭載機が部品を搭載する時間である。これは、複数の搭載機間で搭載する部品数のばらつきがあると最も部品数が多い搭載機が稼働している間、他の搭載機は待たされてしまう。
従来から、表面実装ラインのスループットを高めるため、段取り時間の削減、搭載機の稼動時間(搭載時間)を平準化する取組みが行われている。

本実施例では、表面実装ラインの生産計画に基づく対象基板種情報を入力として、多くの基板種に共通して使用される共通部品を搭載機に固定して設定される共通部品のカート群に配置し、それ以外の各グループ(Gr(1)、Gr(2)など)に特有に使用される部品種を最適なグループ分けと、各グループに対応する段取部品のカート群に配置した割当て出力をするカート構成グループ化処理プログラムは、既存のものを使用する。

そして、カート構成グループ化処理プログラムの実行結果である、図２(Ｂ)にデータイメージを示すようなカート構成テーブルを入力として、各搭載機の稼動時間(搭載時間)を平準化するために、カートに配置する部品の位置を調整する搭載時間平準化処理方法を本実施例で提案する。

次に、図１を用いて搭載時間平準化装置１０を実現するための機能ブロック図について説明する。
搭載時間平準化装置１０は、汎用の計算機上に構成することができて、そのハードウェア構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される演算部２０、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどを用いたＳＳＤ（Solid State Drive）などにより構成される記憶部３０、キーボードやマウス等の入力デバイスより構成される操作部４０、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、各種出力装置などにより構成される表示部５０、ＮＩＣ（Network Interface Card）などにより構成される通信部６０、などを備える。

通信部６０は、無線ネットワークまたは有線ネットワークのネットワーク７０を介して他計算機上などにある各種データベース１〜５、および生産ラインを構成する各搭載機１００、作業者用ＰＣ２００などと接続されている。

演算部２０は、記憶部３０に記憶されている搭載時間平準化処理プログラム３１をＲＡＭへロードしてＣＰＵで実行することにより以下の各機能部を実現する。演算部２０は、
カート構成グループ化処理の出力結果であるカート構成データを入力して、各搭載機の搭載時間を平準化するカート構成変更データを作成する搭載時間平準化部２１と、カート構成および部品配置データをシステム使用者、段取り作業者へ出力するとともに、各搭載機へ部品配置データを出力する平準化結果出力部２３とを有する。

また、演算部２０は、記憶部３０に記憶されているカート構成グループ化処理プログラム３２を実行することにより、生産対象基板において使用される部品を共通部品のカート群と、各グループ分けに対応する段取部品のカート群に配置したカート構成テーブルを出力するカート構成グループ化部２２を実現する。

記憶部３０は、搭載時間平準化処理プログラム３１記憶領域、カート構成グループ化処理プログラム３２記憶領域、初期パラメータ３３記憶領域、カート構成テーブル３４記憶領域を有する。

カート構成テーブル３４は、カート構成グループ化部２２が作成して、出力したカート構成と、各カートにおける部品配置データを記憶する。図２(Ｂ)に、カート構成テーブル３４のデータイメージ例を示す。カート１３１〜１３３は、搭載機１用のカートであり、カート１４１〜１４３は、搭載機２用のカートであり、カート１５１〜１５３は、搭載機３用のカートである。各カートには、識別用のカート番号と、レーン番号が付与され、どのレーンには、どの部品種の部品がセットされたフィーダが装着されているかを、対応するデータがテーブル型式に作成されている。搭載時間平準化部２１は、カート構成テーブル３４を読出し、いずれかの部品種の配置データを移動させるか、入れ替えるかなどの処理を行って、カート構成テーブル３４のデータに変更を加える。最終結果は、カート構成テーブル３４に記録されている。

他計算機上のシステムにて作成されたデータベースである、設計情報１は、製造する各基板の使用部品が記載されている。部品データ２は、各部品のサイズ情報が記載されている。生産計画３は、基板毎の生産予定枚数が記載されている。生産ライン情報４は、生産ラインの搭載機構成が記載されている。部品在庫５は、部品毎の在庫数が記載されている。各データベースのデータは、搭載時間平準化部２１、およびカート構成グループ化部２２を実行時に適宜、必要とするデータがネットワーク７０を介して入力される。

なお、前記データベース（設計情報１、部品データ２、生産計画３、生産ライン情報４、部品在庫５）を作成するシステムの一部、または全てが、搭載時間平準化装置１０が実装される計算機と同じ計算機上に実装されて、それらのシステムが作成するデータベースが共存することも考えられる。

図３は、搭載時間平準化部２１の処理手順の実施例を示すフローチャートである。図３のフローチャートに基づく処理は以下のとおりである。

ステップＳ１０１において、システム使用者による操作部４０からの起動指示などにより、搭載時間平準化部２１が起動される。

ステップＳ１０２において、カート構成グループ化部２２が作成したカート構成テーブル３４を読出し、部品初期配置とする。

ステップＳ１０３において、カート構成テーブル３４上のいずれかの部品(種)を移動させると仮定したときに、搭載時間の平準化に効果があるかどうかを調べるため、仮配置を実施する対象部品を選択する。

ステップＳ１０４において、仮配置を実施する対象部品をカート構成テーブル３４上で移動させるパターンを１つ選び、部品仮配置の候補とする。

ステップＳ１０５において、Ｓ１０４で選んだ部品仮配置の候補が、部品の移動先のカートに空きレーンの有無などの理由で部品を配置可能であるか否か判定する。ＹＥＳならば、ステップＳ１０６へ進む。ＮＯならば、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６において、Ｓ１０３で選択した対象部品を、Ｓ１０４で選択した移動パターンに従って、部品仮配置を行ったと仮定した場合に、部品仮配置に従って、搭載時間の平準化に効果があるかどうか判定するための指標である平準化指数を算出する。

ステップＳ１０７において、Ｓ１０４で選択した対象部品の移動パターンで、全ての可能な移動パターンによる部品仮配置を選択したか否かを判定する。ＹＥＳならば、ステップＳ１０８へ進む。ＮＯならば、ステップＳ１０４へ戻る。

ステップＳ１０８において、Ｓ１０３で選択した現在の仮配置対象部品に対し、全ての移動パターンに従って部品仮配置を行って平準化指数を算出した結果を比較して、最も平準化指数が低くなった部品仮配置を確定して、カート構成テーブル３４上のその位置へ対象部品を移動させて、カート構成テーブル３４を書き替える。
なお、いずれの移動パターンに従った部品仮配置に対する平準化指数の算出結果が、移動前における部品配置に対する平準化指数よりも高い値である場合には、対象部品の移動も、カート構成テーブル３４の書き替えも行わない。

ステップＳ１０９において、次に仮配置を実施する対象部品が残っているか、及びループ終了条件を満たしたかを判定する。ループ終了条件については後に詳説する。ＹＥＳならば、ステップＳ１１０へ進み、搭載時間平準化処理を終了する。ＮＯならば、ステップＳ１０３へ戻る。

以下、搭載時間平準化処理を事例を示して説明する。

図４は、搭載機に対するカートの割り当ての一例であり、カート構成テーブル３４を読出し、部品初期配置を示している。（段取部品Gr(1)のカート群が搭載機にセットされている。）
搭載機４０１、搭載機４０２、搭載機４０３、搭載機４０４は同時に２台のカートを使用することができる。カート構成グループ化部２２で共通部品と分類した部品は、カート４０５、カート４０８、カート４１１、カート４１４に格納している。カート構成グループ化部２２で段取部品と分類した部品は、カート４０６、カート４０７、カート４０９、カート４１０、カート４１２、カート４１３、カート４１５、カート４１６に格納している。

カート構成グループ化部２２でグループ（１）とグループ化した基板グループを生産する場合、搭載機１はカート４０５とカート４０６を、搭載機２はカート４０８とカート４０９を、搭載機３はカート４１１とカート４１２を、搭載機４はカート４１４とカート４１５を使用する。

カート構成グループ化部２２でグループ（２）とグループ化した基板グループを生産する場合、搭載機１はカート４０５とカート４０７を、搭載機２はカート４０８とカート４１０を、搭載機３はカート４１１とカート４１３を、搭載機４はカート４１４とカート４１６を使用する。

生産する基板をグループ（１）からグループ（２）に変更する場合、搭載機１のカート４０６とカート４０７を交換し、搭載機２のカート４０９とカート４１０を交換し、搭載機３のカート４１２とカート４１３を交換し、搭載機４のカート４１５とカート４１６を交換する段取りを実施する。

生産する基板をグループ（２）からグループ（１）に変更する場合、搭載機１のカート４０７とカート４０６を交換し、搭載機２のカート４１０とカート４０９を交換し、搭載機３のカート４１３とカート４１２を交換し、搭載機４のカート４１６とカート４１５を交換する段取りを実施する。

部品初期配置は平準化指数収束までのループ回数に影響するが、規定のループ回数が十分大きいとき、例えばループ回数が１００回を超える場合、部品初期配置の平準化指数収束に対する影響は小さい。カート構成グループ化部２２で共通部品と分類した部品を順にカート４０５、カート４０８、カート４１１、カート４１４に配置し、カート構成グループ化部２２で段取部品と分類した部品のうち、グループ（１）とグループ化した基板グループで使用する部品を順にカート４０６、カート４０９、カート４１２、カート４１５に配置し、カート構成グループ化部２２で段取部品と分類した部品のうち、グループ（２）とグループ化した基板グループで使用する部品を順にカート４０７、カート４１０、カート４１３、カート４１６に配置することで、部品初期配置を実施する。

以下、ステップＳ１０４における部品仮配置の一例を示す。

搭載時間平準化部２１は、ステップＳ１０３において仮配置対象部品の選択を実施する。仮配置対象部品は平準化指数の収束を早めるため、特定の部品に偏らないよう、ランダムに選択されることが望ましい。

部品仮配置の対象部品に対し、仮配置先が複数存在する場合、任意の仮配置先を選択する。ただし、仮配置対象部品選択後、部品配置確定までの間に仮配置実施済みの仮配置先は選択しない。

部品仮配置の対象が共通部品であり、仮配置先が共通部品用カートである場合、仮配置元のカートから対象部品を削除し、仮配置先の共通部品用カートへ対象部品を追加する。図５において、部品５０１が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０５から、搭載機４０２のカート４０８に仮配置する例を示す。対象部品５０１は共通部品用カート４０５に存在し、仮配置先のカート４０８は共通部品用カートである。部品５０１を、搭載機４０１のカート４０５から削除する。仮配置先のカート４０８に、部品５０２として仮配置する。

部品仮配置の対象が共通部品であり、仮配置先が段取部品用カートである場合、仮配置元のカートから対象部品を削除し、仮配置先の搭載機がもつ段取部品用の全カートへ対象部品を追加する。図６に、部品６０１が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０５から、搭載機４０１のカート４０６に仮配置する例を示す。対象部品６０１は共通部品用カート４０５に存在し、仮配置先のカート４０６は段取部品用カートである。部品６０１を、搭載機４０１のカート４０５から削除する。仮配置先のカート４０６に、部品６０２として仮配置する。カート４０６は段取部品用カートなので、仮配置先の搭載機４０１がもつ段取部品用の他カートである、カート４０７にも、部品６０３として仮配置する。

部品仮配置の対象が段取部品であり、仮配置先が共通部品用カートであり、対象部品が単一の段取部品用カートに存在する場合、仮配置元の段取部品用のカートから対象部品を削除し、仮配置先のカートへ対象部品を追加する。図７に、部品７０２が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０６から、搭載機４０１のカート４０５に仮配置する例を示す。対象部品７０２は段取部品用カート４０６に存在し、仮配置先のカート４０５は共通部品用カートである。部品７０２を、搭載機４０１のカート４０６から削除する。仮配置先のカート４０５に、部品７０１として仮配置する。

部品仮配置の対象が段取部品であり、仮配置先が共通部品用カートであり、対象部品が複数の段取部品用のカートに存在する場合、全てのカートから対象部品を削除し、仮配置先のカートへ対象部品を追加する。図８に、部品８０２が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０６から、搭載機４０１のカート４０５に仮配置する例を示す。対象部品８０２は段取部品用カート４０６に存在し、仮配置先のカート４０５は共通部品用カートである。部品８０２と、部品８０２と同一部品である部品８０３を、搭載機４０１のカート４０６およびカート４０７から削除する。仮配置先のカート４０５に、部品８０１として仮配置する。

部品仮配置の対象が段取部品であり、仮配置先が段取部品用カートであり、対象部品が単一の段取部品用カートに存在する場合、仮配置元の段取部品用のカートから対象部品を削除し、仮配置先の同一グループのカートへ対象部品を追加する。図９に、部品９０１が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０６から、搭載機４０２のカート４０９に仮配置する例を示す。対象部品９０１は段取部品用カート４０６に存在し、仮配置先のカートは段取部品用カート４０９である。部品９０１を、搭載機４０１のカート４０６から削除する。削除したカート４０６と同一グループで、仮配置先の搭載機４０２のカートであるカート４０９に、部品９０２として仮配置する。

部品仮配置の対象が段取部品であり、仮配置先が段取部品用カートであり、対象部品が複数の段取部品用カートに存在する場合、全てのカートから対象部品を削除し、削除したカートと同一グループの仮配置先カートであり、かつそれらは同一搭載機のカートへ対象部品をそれぞれ追加する。図１０に、部品１００１が対象部品であり、搭載機４０１のカート４０６から、搭載機４０２のカート４０９に仮配置する例を示す。対象部品１００１は段取部品用カート４０６に存在し、仮配置先のカート４０９は段取部品用カートである。部品１００１と、部品１００１と同一部品である部品１００３を、搭載機４０１のカート４０６およびカート４０７から削除する。削除したカート４０６および４０７とそれぞれ同一グループで、仮配置先の搭載機４０２のカートである、カート４０９およびカート４１０に、部品１００２および部品１００４として仮配置する。

部品仮配置は、仮配置対象部品を他のカートへ移動するほか、移動先の他のカートに配置された部品と、仮配置対象部品を入れ換えてもよい。また、部品仮配置を実施する対象部品は、同時に１個に限定されず、複数部品を選択し、その全配置パターンに対し仮配置しても構わない。

ステップＳ１０５において、部品仮配置した部品が、移動先のカートに空きレーンが在って配置可能であることを確認する。確認は、カート構成テーブル３４上の移動先のカートに空きレーンの有無を確認して行う。
空きレーンが在れば、部品仮配置が可能と判定し、空きレーンが無ければ部品仮配置が不可と判定する。なお、他のカートに配置された部品と、仮配置対象部品を入れ換える場合には、仮配置先の空きレーンの有無は関係なくなる。

搭載時間平準化部２１はステップＳ１０６において、平準化の度合いを示す平準化指数を、部品配置から算出する処理を説明する。

搭載機は、カートに配置された部品を搭載ヘッド１０２で拾い上げ、基板上に搭載する動作手順を図１７に示す。搭載機は、カートに配置された部品を搭載ヘッドで拾い上げる動作（３０１）と、部品を基板上に配置する動作（３０２）を交互に実施することで部品を基板に実装する。

図１７では、搭載ヘッドが同時に１つの部品を拾い上げ、１つの部品を基板上に配置する動作例を示したが、搭載時間を短縮するため、搭載ヘッドが同時に複数の部品を拾い上げ、複数の部品を基板上に配置することが一般的である。

ある基板に対し、搭載ヘッドがカート上へ移動して、同時にｘ個の部品を拾い上げてから、基板上へ移動して、基板上にｘ個の部品を順次配置し、それから再びカート上へ戻る動作を繰り返すならば、全部でｎ個の部品を基板に配置する場合、搭載ヘッドがカートと基板の間を往復する回数Ｎは次式(数１)で示される。
（数１） Ｎ ＝ ｎ ／ ｘ （ただし、除算の剰余が０でなければ、Ｎは商＋１とする）
搭載機の搭載時間を評価する場合において、搭載ヘッドがカート上で複数の部品の拾い上げに要する時間と基板上で複数の部品を配置する時間に比べて、カート上と基板間を往復する移動時間が支配的である場合、各基板種における各搭載機の搭載時間τは次式（数２）で近似して算出できる。

ただし、τ_０は搭載ヘッドがカートと基板の間を１往復する時間を、Ｎは搭載ヘッドの往復回数を示す。

ある基板種に対し、搭載機の搭載時間τが複数の搭載機間でのばらつきが小さいほど、その基板種は搭載時間が平準化されているといえる。すなわち、ある基板種に対する搭載機の搭載時間τの全搭載機における標準偏差σは、その基板種の搭載時間の平準化度合いを示し、標準偏差σが小さいほど、その基板種は搭載時間が平準化されているといえる。

次式（数３）に、平準化指数Ｐの算出の例を示す。

ただし、σ_ｋはｋ番目の基板種の搭載時間τの各搭載機に対する標準偏差を、ｎは基板種の総数を示す。
平準化指数Ｐは、全基板種におけるσの平均を示し、平準化指数Ｐが小さいほど製造ラインが平準化されているといえる。

搭載時間平準化部２１はステップＳ１０６において、評価対象のｎ種の基板種の基板を生産ラインへ順次投入するシミュレーションを実行して、各搭載機にはカート構成テーブル３４に記録されているカートにＳ１０４で部品仮配置がなされたカートがセットされているとして、各搭載機の搭載時間を基板種ごとに数２により算出する。そして、平準化指数Ｐを数３により算出する。

ステップＳ１０７において、仮配置可能な対象部品の全配置位置に部品を配置済みであった場合、Ｓ１０８へ移行する。仮配置可能な部品の全配置位置に対象部品を配置済みでなかった場合、Ｓ１０４へ移行して、部品仮配置を再度行う。

搭載時間平準化部２１はステップＳ１０８において、Ｓ１０３で抽出した一対象部品に対し、各仮配置に対する全平準化指数Ｐを比較し、数３で示される平準化指数Ｐが最小である仮配置位置に、部品配置を確定する。ただし、最小となった平準化指数Ｐよりも、部品仮配置前の部品配置における平準化指数Ｐの方が小さければ、搭載時間の平準化の効果が無いと判定して、当該部品の配置を確定しない。

部品配置を確定した場合には、カート構成テーブル３４上のその位置へ対象部品を移動させて、カート構成テーブル３４を書き替える。

搭載時間平準化部２１が部品配置のループを繰り返すことで、平準化指数は収束に向かう。図１１は、平準化のループ回数と平準化指数の推移の一例を示すグラフである。図１１では、ループ終了条件として、ループ回数１０００回を規定している。図１１に示すグラフを、表示部５０に表示させることにより、設定されたループ回数（例えば、１０００回）に対し、現在のループ回数までの平準化指数の推移を確認することができる。

図１１を参考として、ループ終了条件の一例として、部品初期配置後のループを規定回数実施すること、平準化指数が規定の平準化指数を下回ること、平準化の実行時間が規定時間を上回ること、一定回数ループ実施したときの平準化指数の差分が規定値を下回ること等が挙げられる。なお平準化指数の最適値を規定することは不可能であるため、規定のループ回数、規定の平準化指数、規定の実行時間、規定の平準化指数の差分を一意に決定することはできないが、過去の平準化実施結果を参考に決定することができる。

ループ終了条件は、初期パラメータ３３として記憶部に記録しておき、搭載時間平準化部２１は、初期パラメータ３３を参照して、処理を終了させる。

本実施例は、実施例１におけるステップＳ１０６の平準化指数算出処理における平準化指数算出に対し、生産計画の基板種生産数を加味することで、搭載時間平準化の精度を向上するものである。

図１〜図４を参照し、実施例１から変更がある箇所のみ、以下に示す。

搭載機で生産される基板種の生産量は均一ではなくばらつきが存在することが一般的である。搭載機で生産される基板種の生産量は均一ではなくばらつきが存在する場合、実施例１の手法では十分な平準化が行えない場合が存在する。

ある部品配置のケース１において、生産数量の多い基板種の搭載時間の標準偏差σ_１が大きく、その他の生産数量が少ない基板種の搭載時間の標準偏差σ_２が小さいとする。別の部品配置のケース２において、全ての基板種の搭載時間の標準偏差σ_３が同程度とする。ケース１の平準化指数Ｐ１がケース２の平準化指数Ｐ２より小さい場合、ケース１の部品配置が選択される。一方、ある期間、例えば１か月の搭載時間を比較すると、生産数量の多い基板種の搭載機間搭載時間のばらつきが大きいケース１の方が、全ての基板種の搭載機間搭載時間のばらつきが同程度であるケース２よりも搭載機の待ち時間が長く、生産効率が低いことが生じる。

ステップＳ１０６における平準化指数算出において、生産計画の基板種の生産数量を使用することで、搭載機で生産される基板種の生産量は均一ではなくばらつきがある場合においても、搭載時間平準化の精度を向上することが可能となる。

各基板種の搭載時間の各搭載機に対する標準偏差σに対し、生産計画の全基板種の総生産数量に対する、生産計画の各基板種の生産数量の割合α（αは０から１の間の実数）による重みづけを実施する。次式（数４）に、生産計画の基板種生産数を加味した平準化指数Ｐの算出の例を示す。

ただし、σ_ｋはｋ番目の基板種の搭載時間の各搭載機に対する標準偏差を、α_ｋはｋ番目の基板種の生産計画の生産数量における割合を示す。平準化指数Ｐが小さいほど製造ラインが平準化されているといえる。

本実施例は、実施例１に示すステップＳ１０２において、カート構成グループ化部２２が作成したカート構成テーブル３４を読出し、部品初期配置としたのに対し、過去の平準化結果を使用することで、平準化指数算出時間を短縮するものである。

図１〜４を参照し、実施例１から変更がある箇所のみ、以下に示す。

実施例１において、表面実装ラインで生産する基板種を変更する場合、再度、図３に示すフローを実施して、搭載時間平準化処理を行う。この場合、変更後の平準化に要する時間は、変更前の平準化に要する時間と同程度である。

変更前の部品配置は、変更前に対しては平準化がなされている。そのため、ステップＳ１０２における初期配置を、カート構成グループ化部２２が作成したカート構成テーブル３４を読出すのではなく、変更前の部品配置を使用した配置とすることにより、平準化に要する時間を短縮できる。

以下、ステップＳ１０２における初期配置を、変更前の部品配置を使用した配置とする一例を、図１２のフローチャートを用いて示す。

ステップＳ２０１：搭載時間平準化部２１の動作を開始する。

ステップＳ２０２：変更前の部品配置を読み込む。

ステップＳ２０３：変更前の部品配置に存在し、変更後に使用しない部品を部品配置から削除する。

ステップＳ２０４：変更前の部品配置に存在せず、変更後に使用する部品が存在するか判定する。ＹＥＳならば、ステップＳ２０５へ進む。ＮＯならば、ステップＳ２１０へ進む。

ステップＳ２０５：変更前の部品配置に存在せず、変更後に使用する部品の仮配置を実施する。

ステップＳ２０６：部品仮配置後の平準化指数を算出する。

ステップＳ２０７：現在の仮配置対象部品に対し、配置可能な全パターンに対し平準化指数算出が完了したか判定する。ＹＥＳならば、ステップＳ２０８へ進む。ＮＯならば、ステップＳ２０５へ戻る。

ステップＳ２０８：現在の仮配置対象部品に対し、平準化指数が最小である部品配置を選択し、部品配置を確定する。確定した部品配置をカート構成テーブル３４に記録する。

ステップＳ２０９：部品仮配置を現時点の部品配置に存在せず、変更後に使用する部品の全てを配置実施したか判定する。ＹＥＳならば、ステップＳ２１０へ進む。ＮＯならば、ステップＳ２０５へ戻る。

ステップＳ２１０：搭載時間平準化部２１の処理を終了する。

本実施例は、実施例１におけるステップＳ１０６の平準化指数算出処理を、全基板種を対象とせず、生産計画より決定した優先基板に対して実施することで、平準化指数算出時間を短縮するものである。

図１〜図４を参照し、実施例１から変更がある箇所のみ、以下に示す。

搭載時間平準化部２１はステップＳ１０６において、部品仮配置後の平準化指数Ｐ算出処理を、優先基板を対象として算出する。

生産計画から、生産数量が多く平準化を実施する効果の高い基板を優先基板としてあらかじめ設定しておく。実施例１の全基板種を、優先基板の全基板種に置き換えて平準化指数Ｐを算出する。

例えば全基板種の１割の基板種が、生産計画の生産数量の９割を占めるというように、基板種毎の生産数量に偏りが存在する場合、生産数量の多い上位１割の基板種を優先基板に設定することで、平準化指数を算出するための計算量を１割に低減することができる。

本実施例は、実施例１におけるステップＳ１０２における部品初期配置を、生産計画における部品使用数の多い部品を複数部品とみなし、分割して配置することで、平準化後の各搭載機の搭載時間を短縮するものである。

式（数２）に示した搭載機の搭載時間の式より、搭載機の搭載時間は搭載機の搭載ヘッドの搭載回数と比例関係にある。生産計画における部品使用数が多い部品が存在するとき、その部品を搭載するために、搭載機の搭載ヘッドの搭載回数は増加する。

図１３に部品種と部品使用数の関係の一例を示す。図１３では搭載する部品が部品１３０１から部品１３０８までの８種類存在する。生産計画における部品使用数は、部品１３０１が最も多く、部品使用数の総和の５０％以上である。

図１４に、図１３に示すような部品使用数の生産計画に従った基板種に対し平準化を実施した一例を示す。図１４では搭載機１４０１、搭載機１４０２、搭載機１４０３の３つの搭載機に対して平準化を実施した。平準化対象の部品種のうち、部品１３０１の部品使用数が部品使用数の総和の５０％以上であるため、部品１３０１を設置した搭載機１４０１の部品使用数および搭載時間が、他の搭載機よりも大きく、平準化指数が大きくなる。

図１５に、初期配置において部品１３０１を部品１３０１−１と部品１３０１−２に分割したときの部品使用数の関係の一例を示す。図１３の例と比較して、部品使用数のばらつきが小さくなったことが確認できる。

図１６に、図１５の部品に対し平準化を実施した一例を示す。図１６では搭載機１４０１、搭載機１４０２、搭載機１４０３の３つの搭載機に対して平準化を実施した。部品１３０１を部品１３０１−１と部品１３０１−２に分割したことにより、図１４の例と比較して、各搭載機の部品使用数のばらつきが小さく、平準化指数が小さくなった。

部品の配置の分割を実施することで、同一種の部品で使用するレーンの数が増加するため、みだりに部品の配置の分割を実施すると、搭載機に部品を設置することが難しくなる。部品の配置の分割を実施するか否かは、生産計画の部品使用数と、搭載機に設置可能な部品種数に依存する。部品の配置の分割を実施する部品の選択方法の一例として、部品の使用数の上位５種を選択する、部品の累積使用数の２０％以上となる部品を部品の使用数の上位から選択する、搭載機の設置可能数が９０％以下となる範囲で部品の使用数の上位から選択する、などが存在する。

平準化結果出力部２３は、カート構成テーブル３４に記録されたデータを読み出し、平準化後の、基板種毎の各搭載機の段取部品と共通部品の搭載時間を算出して、図１８に示すようなグラフを作成して、表示部５０に出力する。

基板種毎の各搭載機の搭載時間は、基板種毎の各搭載機の段取部品の搭載時間と、基板種毎の各搭載機の共通部品の搭載時間の和となる。基板種毎の各搭載機の搭載時間平準化が理想的に達成された場合、図１８に示すように、基板種毎の各搭載機の搭載時間は均一となる。

平準化結果出力部２３は、カート構成テーブル３４に記憶されたカート構成データ（共通部品用、段取部品用の各グループのカート構成および各カートに格納する部品配置）に基づき、図１９に例示する各搭載機向けの部品配置データを作成し、通信部６０、ネットワーク７０を経由して、各搭載機１００へダウンロードする。

各搭載機１００は、部品配置データを用いて、製造する基板に対して使用部品が所定のレーンにセットされているかを確認する。

本実施の形態によれば、段取部品と共通部品に対し、搭載時間の平準化を実現することができるので、搭載機の製造待ち時間を低減することが可能となり、ひいてはリードタイムを短縮化できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、装置の構成要素の一部または全部をソフトウェアプログラム処理やハードウェア回路などで実現してもよい。

１…設計情報(ＤＢ)、２…部品データ(ＤＢ)、３…生産計画(ＤＢ)、４…生産ライン情報(ＤＢ)、５…部品在庫(ＤＢ)、１０…搭載時間平準化装置、２０…演算部、２１…搭載時間平準化部、２２…カート構成グループ化部、２３…平準化結果出力部、３０…記憶部、３１…搭載時間平準化処理プログラム(記憶領域)、３２…カート構成グループ化処理プログラム(記憶領域)、３３…初期パラメータ(記憶領域)、３４…カート構成テーブル(記憶領域)、４０…操作部、５０…表示部、６０…通信部、７０…ネットワーク、
１００…部品搭載機、１０１…プリント基板、１０２…搭載ヘッド、１１０…段取りカート、１１１，１１２，１１３，１１４…カート群、１１５…レーン、１２０…フィーダ、１２１…部品、１３１〜１３３…搭載機１用のカート、１４１〜１４３…搭載機２用のカート、１５１〜１５３…搭載機３用のカート、
４０１…搭載機１、４０２…搭載機２、４０３…搭載機３、４０４…搭載機４、４０５〜４１６…カート。

Claims (12)

1. 基板種毎の部品搭載機間の部品搭載時間のばらつきを平準化する搭載時間平準化装置であって、
   生産計画のある基板種を対象基板として、多くの基板種に共通して使用される共通部品を配置したカートと、それ以外の部品をグループ分けした段取部品用カートに配置したカート構成データを作成するカート構成グループ化部と、
   カート構成グループ化部が作成したカート構成データを入力として、ランダムに選択したあるカート上の対象部品の配置を他のカートへ変える仮配置を実施し、配置可能な仮配置パターンのそれぞれに対して、生産ラインに評価対象基板種を流した場合の各部品搭載機の前記部品搭載時間を算出して、部品仮配置に従って搭載時間の平準化に効果があるかどうか判定するための指標である平準化指数Ｐを次式（数１）により算出し、
   

   

   ただし、ｎは評価対象基板種の総数、σ _ｋ はｋ番目の基板種に対する搭載機の搭載時間の全搭載機における標準偏差、α _ｋ はｋ番目の基板種の生産計画における生産数量の割合であり、
   前記平準化指数Ｐが最小となる対象部品の仮配置を確定し、前記確定した対象部品の仮配置に基づき前記入力したカート構成データを書き替える搭載時間平準化部と、
   を備えたことを特徴とする搭載時間平準化装置。
2. 前記搭載時間平準化部が、前記選択した対象部品の仮配置パターンに対して、前記基板種毎の、前記各部品搭載機における前記共通部品と前記段取部品の搭載時間をそれぞれ算出し、足し合わせ、該合計搭載時間の前記各部品搭載機間における標準偏差σ _ｋ に生産計画における基板種ｋの生産数量の割合を積算して、全対象基板種の総計を算出した平準化指数Ｐが仮配置前よりも小さくなるよう、前記対象部品の配置を変更することを特徴とする請求項１に記載の搭載時間平準化装置。
3. 算出した前記基板種毎の前記各部品搭載機における前記共通部品と前記段取部品の搭載時間を出力するカート構成出力部を更に有することを特徴とする請求項２に記載の搭載時間平準化装置。
4. 前記カート構成グループ化部、および前記搭載時間平準化部が作成した平準化後のカート構成およびカートに格納する部品配置のデータに基づいて、各部品搭載機に対して、製造する基板に係る使用部品がどのレーンにセットされているかを表す部品配置データを作成して、出力する平準化結果出力部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の搭載時間平準化装置。
5. 計算機が、
   基板種毎の各部品搭載機間の部品搭載時間のばらつきを平準化する搭載時間平準化方法であって、
   生産計画のある基板種を対象基板として、多くの基板種に共通して使用される共通部品を配置したカートと、それ以外の部品をグループ分けした段取部品用カートに配置したカート構成データを入力し、
   ランダムに選択したあるカート上の対象部品の配置を他のカートへ変える仮配置を実施し、配置可能な仮配置パターンのそれぞれに対して、生産ラインに評価対象基板種を流した場合の各部品搭載機の前記部品搭載時間を算出して、部品仮配置に従って搭載時間の平準化に効果があるかどうか判定するための指標である平準化指数Ｐを次式（数１）により算出し、
   

   

   ただし、ｎは評価対象基板種の総数、σ _ｋ はｋ番目の基板種に対する搭載機の搭載時間の全搭載機における標準偏差、α _ｋ はｋ番目の基板種の生産計画における生産数量の割合であり、
   前記平準化指数Ｐが最小となる対象部品の仮配置を確定し、前記確定した対象部品の仮配置に基づき前記入力したカート構成データを書き替える
   ことを特徴とする搭載時間平準化方法。
6. 前記計算機が、
   前記選択した対象部品の仮配置パターンに対して、前記基板種毎の、前記各部品搭載機における前記共通部品と前記段取部品の搭載時間をそれぞれ算出し、足し合わせ、該合計搭載時間の前記各部品搭載機間における標準偏差σ _ｋ に生産計画における基板種ｋの生産数量の割合を積算して、全対象基板種の総計を算出した平準化指数Ｐが仮配置前よりも小さくなるよう、前記対象部品の配置を変更することを特徴とする請求項５に記載の搭載時間平準化方法。
7. 前記計算機が、
   算出した前記基板種毎の前記各部品搭載機における前記共通部品と前記段取部品の搭載時間を出力することを特徴とする請求項６に記載の搭載時間平準化方法。
8. 前記計算機が、
   平準化後のカート構成およびカートに格納する部品配置のデータに基づいて、各部品搭載機に対して、製造する基板に係る使用部品がどのレーンにセットされているかを表す部品配置データを作成して、出力することを特徴とする請求項５に記載の搭載時間平準化方法。
9. 前記仮配置パターンは、(1) 共通部品用カートの対象部品を他の部品搭載機の共通部品用カートへ移動、または置き換える仮配置、(2) 共通部品用カートの対象部品を同じ部品搭載機の段取部品用カートへ移動、または置き換える仮配置、(3) 段取部品用カートの対象部品を同じ部品搭載機の共通部品用カートへ移動、または置き換える仮配置、(4) 複数グループの段取部品用カートにある同種の対象部品を同じ部品搭載機の共通部品用カートへ移動、または置き換える仮配置、(5) 段取部品用カートの対象部品を同じグループで、部品搭載機が異なる段取部品用カートへ移動、または置き換える仮配置、のいずれかの仮配置パターンを含むことを特徴とする請求項５に記載の搭載時間平準化方法。
10. 前記計算機が、
    過去の平準化処理結果のカート構成データを入力して、該カート構成データから今回未使用部品を削除し、今回新規追加部品を順次選択して、選択した対象部品の仮配置を実施し、対象部品の仮配置後の平準化指数を算出し、配置可能な全仮配置パターンに対し平準化指数算出が完了したかを判定し、平準化指数が最小となる対象部品の仮配置でカート構成データを修正する処理を全追加部品配置完了まで繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の搭載時間平準化方法。
11. 前記計算機が、
    生産ラインに評価対象基板種の基板を流した場合の各部品搭載機の搭載時間を算出して、平準化指数を評価する処理において、評価対象基板種として、生産計画より生産数量が多い基板種である優先基板を選択することを特徴とする請求項５に記載の搭載時間平準化方法。
12. 前記対象部品を他のカートへ移動させる仮配置パターンとして、生産計画の部品使用数が他の部品種と比較して多い部品種を対象部品として、複数の異なるカートへ分けて仮配置するパターンを新たな仮配置パターンとすることを特徴とする請求項９に記載の搭載時間平準化方法。

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