JP7040506B2 - Factory line load prediction model creation method, factory line load prediction model, factory line production plan creation method, factory line load prediction model creation program, factory line load prediction model creation device, and factory line production plan creation device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、材料が複数のプロセスを経て製造される、工場内のライン負荷を予測する工場内ライン負荷予測モデル作成方法、工場内ライン負荷予測モデル、工場内ライン生産計画作成方法、工場内ライン負荷予測モデル作成プログラム、工場内ライン負荷予測モデル作成装置、及び工場内ライン生産計画作成装置に関する。 In the present invention, for example, a method for creating an in-factory line load prediction model for predicting a line load in a factory, a method for creating an in-factory line load prediction model, a method for creating an in-factory line production plan, and a factory in which a material is manufactured through a plurality of processes. In-line load prediction model creation program, factory line load prediction model creation device, and factory line production plan creation device.
従来、工場において、製造ラインの負荷を予測する技術が知られている。
例えば、特許文献1では、製品の注文情報及び製造仕様情報などの製品属性が同一又は一定の範囲内である製品同士を品種グループとしてグループ化し、作成した品種グループ毎の製造負荷を、過去の製造実績データに基づいて予測した製造負荷予測モデルを構築している。
また、特許文献2では、製造実績注文情報と製造実績情報とに基づいて、製品属性が同一又は予め定めた範囲内である製品同士を同一の品種として仕分けるための工程別品種区分ロジックを製造工程毎に作成するとともに、工程別品種区分ロジックを用いて、製造実績注文情報と製造実績情報とに基づき製造負荷予測モデルを算出している。そして、特許文献2では、工程別品種区分ロジックと、製造負荷予測モデルとを用いて、新規の製品の注文に関する生産計画について、各製造工程の製造負荷を予測する。
Conventionally, a technique for predicting a load on a production line has been known in a factory.
For example, in
Further, in
ところで、複数のプロセスを経て製品を製造する工場において、多様かつ少ロットの製品を生産するラインでは、工場ラインの負荷が、プロダクトミックス変化によって、ボトルネックとなるプロセスや、通過する製造ラインが変わる。上述した特許文献1、2では、製造実績データから統計処理を行い、統計処理の結果に基づき、ロジックとモデルの作成を行っているものの、プロダクトミックス変化に関して考慮されていない。仮に、特許文献1、2の技術を用いてプロダクトミックス変化まで考慮して予測を行うと、統計処理が複雑になってしまう。また、特許文献1、2では品種区分ロジックとして機械学習手法の一種である決定木を用いているが、時系列的な要素の考慮がされておらず、時系列的な変化に関する情報を反映することができない。
By the way, in a factory that manufactures products through multiple processes, in a line that produces a variety of small lots of products, the load on the factory line changes depending on the change in the product mix, the process that becomes the bottleneck, and the manufacturing line that passes through. .. In the above-mentioned
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複雑な統計処理を要することなく、プロダクトミックスに対応した各プロセスの負荷を予測することができる工場内ライン負荷予測モデル作成方法、工場内ライン負荷予測モデル、工場内ライン生産計画作成方法、工場内ライン負荷予測モデル作成プログラム、工場内ライン負荷予測モデル作成装置、及び工場内ライン生産計画作成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is an in-factory line load prediction model capable of predicting the load of each process corresponding to a product mix without requiring complicated statistical processing. To provide a creation method, an in-factory line load prediction model, an in-factory line production plan creation method, an in-factory line load prediction model creation program, an in-factory line load prediction model creation device, and an in-factory line production plan creation device. ..
本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成方法は、過去の生産実績を含む工場内の生産データを蓄積する生産データ蓄積ステップと、蓄積された前記生産データをもとに学習用のデータを作成する学習データ作成ステップと、前記学習データ作成ステップで作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成ステップと、を含むことを特徴とする。 In the method for creating an in-factory line load prediction model according to the present invention, a production data accumulation step for accumulating production data in the factory including past production results and data for learning are created based on the accumulated production data. It is characterized by including a training data creation step to be performed, and a prediction model creation step of creating a prediction model of a load related to production by machine learning based on the training data created in the training data creation step.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデルは、上記の発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成方法により作成されたことを特徴とする。 Further, the in-factory line load prediction model according to the present invention is characterized by being created by the in-factory line load prediction model creation method according to the above invention.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデルは、上記発明において、前記負荷の予測モデルは、ローカルに構築された計算機上もしくは、クラウドを含む外部ネットワーク上に存在する機械学習サーバの何れかによって作成されることを特徴とする。 Further, in the in-factory line load prediction model according to the present invention, in the above invention, the load prediction model is based on either a locally constructed computer or a machine learning server existing on an external network including a cloud. It is characterized by being created.
また、本発明に係る工場内ライン生産計画作成方法は、予測開始時刻と、予測終了時刻と、予測開始時間以降の生産計画を入力する入力ステップと、前記入力ステップで入力された、前記予測開始時刻、及び前記予測開始時間以降の生産計画と、少なくとも前記予測開始時刻を含む過去の工場ラインの状態に関する情報をもとに、前記予測終了時刻までの、工場内のラインの負荷を、機械学習された工場内ライン負荷予測モデルを用いて予測する負荷予測ステップと、前記負荷予測ステップで得られた結果をもとに生産計画を修正する生産計画修正ステップと、を含むことを特徴とする。 Further, the method for creating an in-factory line production plan according to the present invention includes an input step for inputting a prediction start time, a prediction end time, and a production plan after the prediction start time, and the prediction start input in the input step. Machine learning of the load of the line in the factory up to the predicted end time based on the time, the production plan after the predicted start time, and the information about the state of the past factory line including at least the predicted start time. It is characterized by including a load prediction step for predicting using the in-factory line load prediction model, and a production plan correction step for modifying the production plan based on the result obtained in the load prediction step.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成方法は、上記発明において、前記学習データ作成ステップで作成される学習データは、少なくとも製造された製品のサイズ、品種に関する情報と、予測する設備の在庫情報とを含む、時系列のデータであることを特徴とする。 Further, in the method for creating an in-factory line load prediction model according to the present invention, in the above invention, the learning data created in the learning data creation step includes at least information on the size and variety of manufactured products and the equipment for predicting. It is characterized by being time-series data including inventory information.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成方法は、上記発明において、前記予測モデル作成ステップで機械学習によって作成される予測モデルを複数有することを特徴とする。 Further, the method for creating an in-factory line load prediction model according to the present invention is characterized in that, in the above invention, there are a plurality of prediction models created by machine learning in the prediction model creation step.
また、本発明に係る工場内ライン生産計画作成方法は、上記発明において、前記工場内ライン負荷予測モデルを複数有し、前記負荷予測ステップで予測される負荷は、複数の前記工場内ライン負荷予測モデルの各予測値うち、少なくとも一つの予測値、又は平均値、最大値、最小値であることを特徴とする。 Further, the method for creating an in-factory line production plan according to the present invention has a plurality of in-factory line load prediction models in the above invention, and the load predicted in the load prediction step is a plurality of in-factory line load prediction models. It is characterized in that it is at least one predicted value, or an average value, a maximum value, and a minimum value among each predicted value of the model.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成プログラムは、過去の生産実績を含む工場内の生産実績データを蓄積する生産データ蓄積ステップと、蓄積された前記生産実績データをもとに学習用のデータを作成する学習データ作成ステップと、前記学習データ作成ステップで作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。 Further, the in-factory line load prediction model creation program according to the present invention is for learning based on the production data accumulation step for accumulating the in-factory production record data including the past production record and the accumulated production record data. A computer is made to execute a training data creation step for creating data of the above, and a prediction model creation step for creating a prediction model of a load related to production by machine learning based on the training data created in the training data creation step. It is characterized by that.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成プログラムは、上記発明において、前記予測モデル作成ステップは、ローカルに構築された計算機上もしくは、クラウドを含む外部ネットワーク上に存在する機械学習サーバの何れかによって前記負荷の予測モデルを作成することを特徴とする。 Further, in the in-factory line load prediction model creation program according to the present invention, in the above invention, the prediction model creation step is either a machine learning server existing on a locally constructed computer or an external network including a cloud. It is characterized in that the prediction model of the load is created by the method.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成装置は、過去の生産実績を含む工場内の生産実績データを蓄積する生産データ蓄積部と、蓄積された前記生産実績データをもとに学習用のデータを作成する学習データ作成部と、前記学習データ作成部で作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成部と、を備えることを特徴とする。 Further, the in-factory line load prediction model creating device according to the present invention is for learning based on the production data storage unit that stores the in-factory production record data including the past production record and the accumulated production record data. It is characterized by having a training data creation unit that creates the data of the above, and a prediction model creation unit that creates a prediction model of the load related to production by machine learning based on the training data created by the training data creation unit. And.
また、本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成装置は、上記発明において、前記予測モデル作成部は、前記生産データ蓄積部及び前記学習データ作成部と同じシステム内、又は、クラウドを含む外部ネットワーク上に設けられることを特徴とする。 Further, in the in-factory line load prediction model creation device according to the present invention, in the above invention, the prediction model creation unit is in the same system as the production data storage unit and the learning data creation unit, or an external network including a cloud. It is characterized by being provided on the top.
また、本発明に係る工場内ライン生産計画作成装置は、予測開始時刻と、予測終了時刻と、予測開始時間以降の生産計画を入力する入力部と、前記入力部で入力された、前記予測開始時刻、及び前記予測開始時間以降の生産計画と、少なくとも前記予測開始時刻を含む過去の工場ラインの状態に関する情報をもとに、前記予測終了時刻までの、工場内のラインの負荷を、機械学習された工場内ライン負荷予測モデルを用いて予測する負荷予測部と、前記負荷予測部で得られた結果をもとに生産計画を修正する生産計画修正部と、を備えることを特徴とする。 Further, the in-factory line production plan creating device according to the present invention has an input unit for inputting a prediction start time, a prediction end time, a production plan after the prediction start time, and the prediction start input in the input unit. Machine learning of the load of the line in the factory up to the predicted end time based on the time, the production plan after the predicted start time, and the information about the state of the past factory line including at least the predicted start time. It is characterized by including a load prediction unit that predicts using the in-factory line load prediction model, and a production plan correction unit that corrects the production plan based on the results obtained by the load prediction unit.
本発明に係る工場内ライン負荷予測モデル作成方法、工場内ライン負荷予測モデル、工場内ライン生産計画作成方法、工場内ライン負荷予測モデル作成プログラム、工場内ライン負荷予測モデル作成装置、及び工場内ライン生産計画作成装置によれば、複雑な統計処理を要することなく、プロダクトミックスに対応した各プロセスの負荷を予測することができる。 Factory line load prediction model creation method, factory line load prediction model, factory line production plan creation method, factory line load prediction model creation program, factory line load prediction model creation device, and factory line according to the present invention. According to the production planning device, it is possible to predict the load of each process corresponding to the product mix without requiring complicated statistical processing.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である工場内ライン負荷予測モデル作成装置、及び工場内ライン生産計画作成装置を備える生産システムについて詳細に説明する。 Hereinafter, a production system including an in-factory line load prediction model creating device and an in-factory line production plan creating device, which is an embodiment of the present invention, will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る生産システムを含む管理システムの構成を示すブロック図である。図1に示す生産システム1は、製品を生産する工場に設けられ、製品の生産を管理するシステムである。生産システム1は、各種プログラム等が予めインストールされたROM(Read Only Memory)、及び各処理の演算パラメータ等を記録するRAM(Random Access Memory)等の内部メモリと、CPU(Central Processing Unit)等の汎用プロセッサを備えたコンピュータとを用いて実現される。内部メモリは、生産システム1が工場内ライン負荷予測モデル作成方法や、工場内ライン生産計画作成方法を実行するためのプログラム、工場内ライン負荷予測モデル作成プログラムを含む各種プログラムを格納する。なお、各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、CD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。また、各種プログラムは、電気通信回線(ネットワーク)を介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう電気通信回線(ネットワーク)は、例えば既存の公衆回線網、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。生産システム1は、1つ又は複数のコンピュータにより構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a management system including a production system according to an embodiment of the present invention. The
ここで、生産システム1における製造ラインについて、図2を参照して説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る生産システムにおける製造ラインの一例を説明する図である。図2に示す製造ラインでは、第1処理工程P1と、第2処理工程P2と、第3処理工程P3と、第4処理工程P4と、第5処理工程P5と、倉庫搬入工程WHとが実施される。第2処理工程P2~第5処理工程P5では、前工程において作製された仕掛品を在庫置き場(在庫置き場SY2~SY5)に取り置き、在庫置き場にストックされている仕掛品を用いて製造処理が行われる。
各処理工程は、製造設備又は処理設備によって物の製造あるいは一定の処理を実施する工程で、例えば製鉄所においては、加熱炉によるスラブの加熱処理、圧延機による圧延処置のほか、熱処理、表面処理、焼鈍処理、冷却、せん断などが実施される。
Here, the production line in the
Each treatment step is a step of manufacturing a product or carrying out a certain treatment by a manufacturing facility or a treatment facility. For example, in a steel mill, in addition to heat treatment of slabs by a heating furnace and rolling treatment by a rolling mill, heat treatment and surface treatment. , Annealing, cooling, shearing, etc. are carried out.
具体的に、材料が投入され、第1処理工程P1において作製された仕掛品は、第2処理工程P2及び/又は第3処理工程P3に送られる。
第2処理工程P2及び/又は第3処理工程P3において作製された仕掛品は、第4処理工程P4、第5処理工程P5及び/又は倉庫搬入工程WHに送られる。
第4処理工程P4において作製された仕掛品は、第5処理工程P5及び/又は倉庫搬入工程WHに送られる。
第5処理工程P5において作製された仕掛品は、倉庫搬入工程WHに送られる。
すなわち、図2に示す製造ラインでは、以下の1~6のパターンのいずれかによって、製品が倉庫搬入工程WHに送られる。
1.第1処理工程P1→第2処理工程P2→倉庫搬入工程WH
2.第1処理工程P1→第2処理工程P2→第4処理工程P4→倉庫搬入工程WH
3.第1処理工程P1→第2処理工程P2→第4処理工程P4→第5処理工程P5→倉庫搬入工程WH
4.第1処理工程P1→第3処理工程P3→倉庫搬入工程WH
5.第1処理工程P1→第3処理工程P3→第4処理工程P4→倉庫搬入工程WH
6.第1処理工程P1→第3処理工程P3→第4処理工程P4→第5処理工程P5→倉庫搬入工程WH
このように、所定の処理工程を経由して作製された製品が、倉庫搬入工程WHに送られ、倉庫において保管される。
Specifically, the material is charged and the work-in-process produced in the first processing step P1 is sent to the second processing step P2 and / or the third processing step P3.
The work-in-process produced in the second treatment step P2 and / or the third treatment step P3 is sent to the fourth treatment step P4, the fifth treatment step P5 and / or the warehouse delivery step WH.
The work-in-process produced in the fourth processing step P4 is sent to the fifth processing step P5 and / or the warehouse delivery process WH.
The work-in-process produced in the fifth processing step P5 is sent to the warehouse delivery step WH.
That is, in the production line shown in FIG. 2, the product is sent to the warehouse delivery process WH by any one of the following
1. 1. 1st processing process P1 → 2nd processing process P2 → Warehouse delivery process WH
2. 2. 1st processing process P1 → 2nd processing process P2 → 4th processing process P4 → Warehouse delivery process WH
3. 3. 1st processing process P1 → 2nd processing process P2 → 4th processing process P4 → 5th processing process P5 → Warehouse delivery process WH
4. 1st processing process P1 → 3rd processing process P3 → Warehouse delivery process WH
5. 1st processing process P1 → 3rd processing process P3 → 4th processing process P4 → Warehouse delivery process WH
6. 1st processing process P1 → 3rd processing process P3 → 4th processing process P4 → 5th processing process P5 → Warehouse delivery process WH
In this way, the product produced via the predetermined processing process is sent to the warehouse carry-in process WH and stored in the warehouse.
図1に戻り、生産システム1は、生産データ蓄積部11と、学習データ作成部12と、予測モデル作成部13と、学習モデル記憶部14と、入力部15と、負荷予測部16と、予測結果出力部17と、生産計画修正部18とを備える。また、生産システム1(生産計画修正部18)は、上位システム19に情報を出力する。生産システム1において、一部の構成同士がネットワークを介して電気的に接続されるようにしてもよい。生産システム1及び上位システム19によって生産管理を行う管理システムを構成する。
Returning to FIG. 1, the
生産データ蓄積部11は、過去の生産実績を含む工場内の生産データを蓄積する。具体的には、製品の生産量や、製品を製造するための材料に関するデータ、製造工程や製造ラインに関するデータを格納する。
The production
学習データ作成部12は、生産データ蓄積部11に蓄積されている生産データを用いて、ライン負荷を予測するための学習データを作成する。学習データは、ライン負荷を予測するための状態量と目的量とを組とするデータである。本実施の形態において、状態量は、ユーザによって設定された、過去又は現在の任意の日時(時刻t)から、任意に指定された日時(時刻t-T:Tは遡り単位時間)までの、単位時間ごとの投入材料の特徴量(以下、投入材料特徴量ともいう)、ラインにおける特徴量(以下、ライン特徴量ともいう)である。また、目的量は、時刻t+1のラインにおける特徴量である。目的量は、現在時刻よりも先の(未来の)時刻における特徴量、又は生産データ蓄積部11に生産実績が蓄積されていない時刻における特徴量である。
ここで、単位時間は、製造ラインの状態変化を予測したい最少時間とし、遡り単位時間Tは、プロダクトミックスの変化の前後を捉えやすい単位で決定する。例えば、遡り時間Tは、少なくとも予測する時間単位の2倍以上で、かつ、ロット単位の変化時間の半分以上の時間が設定されることが望ましい。製造ラインの状態を1時間単位で予測する場合、遡り単位時間Tは2時間以上に設定され、投入材料のロット単位が8時間おきに変化するような場合では遡り単位時間Tは4時間以上に設定される。このように遡り時間を決定することで、プロダクトミックスの変化を考慮した予測モデルが構築される。
The learning
Here, the unit time is the minimum time for which the state change of the production line is to be predicted, and the retroactive unit time T is determined in a unit that makes it easy to grasp before and after the change in the product mix. For example, it is desirable that the retroactive time T is set to be at least twice the predicted time unit and at least half the change time of the lot unit. When predicting the state of the production line in 1-hour units, the retroactive unit time T is set to 2 hours or more, and when the lot unit of the input material changes every 8 hours, the retroactive unit time T is set to 4 hours or more. Set. By determining the retroactive time in this way, a predictive model that takes into account changes in the product mix is constructed.
投入材料の特徴量は、設定された時刻に基づいて定まる時刻から単位時間経過した時刻までの間において投入される材料の量(重量)である。図3は、本発明の一実施形態に係る工場内ライン負荷予測モデル作成装置が状態量予測を行う際に用いる投入材料の特徴量を説明する図である。図3に示すように、投入材料の特徴量としては、加工前の材料、又は加工途中の材料(各処理工程で作製された製品)のサイズ、品種、製造条件、及び状態について定義した量である。例えば、材料が板である場合、サイズは、板厚や板長を大きさによって分類したものとなる。品種は、属性が類似している材料を予めグループ化して定義したもの、又は工場で用いている品種の区分を用いて分類したものである。また、製造条件は、加熱温度や、圧延の方法によって分類したものである。状態は、熱片、冷片などの状態の区分である。
本実施の形態では、これらの情報と、各時刻内に投入された数や重量とをもとに算出される値を、投入材料の特徴量とする。本実施の形態では、各時刻における、予め設定された項目の枚数又は重量を投入材料の特徴量とする。なお、各特徴量で区分分けされた各サイズ、各品種、各製造条件、各状態の枚数の和、もしくは重量の和は各時刻内で予定された投入材料の合計枚数、もしくは合計重量と等しいものとする。
The feature amount of the material to be charged is the amount (weight) of the material to be charged between the time determined based on the set time and the time when the unit time has elapsed. FIG. 3 is a diagram illustrating the feature amount of the input material used when the in-factory line load prediction model creating apparatus according to the embodiment of the present invention predicts the state amount. As shown in FIG. 3, the characteristic amount of the input material is an amount defined for the size, variety, manufacturing conditions, and state of the material before processing or the material in the middle of processing (the product produced in each processing step). be. For example, when the material is a plate, the size is a classification of the plate thickness and the plate length according to the size. The varieties are defined by grouping materials with similar attributes in advance, or classified using the classification of varieties used in the factory. The manufacturing conditions are classified according to the heating temperature and the rolling method. The state is a classification of states such as hot pieces and cold pieces.
In the present embodiment, a value calculated based on this information and the number and weight of the charged material within each time is used as the feature amount of the charged material. In the present embodiment, the number or weight of preset items at each time is used as the feature amount of the input material. The sum of the number of sheets in each size, each type, each manufacturing condition, each state, or the sum of the weights classified by each feature amount is equal to the total number of input materials or the total weight scheduled within each time. It shall be.
図4は、本発明の一実施形態に係る生産システムが状態量予測を行う際に用いるラインの特徴量を説明する図である。ラインにおける特徴量は、図4に示すように、各処理工程の処理量(数又は重量)や、在庫の量(数又は重量)をもとに算出される値である。本実施の形態では、各時刻における、処理量の数又は重量と、在庫量の数又は重量とが、ラインにおける特徴量として出力される。
本実施の形態において、学習データとして扱われる特徴量は、各時刻の投入材料特徴量及びライン特徴量を含む時系列のデータである。
FIG. 4 is a diagram illustrating a feature amount of a line used when a production system according to an embodiment of the present invention predicts a state amount. As shown in FIG. 4, the feature amount in the line is a value calculated based on the processing amount (number or weight) of each processing step and the amount of inventory (number or weight). In the present embodiment, the number or weight of the processed amount and the number or weight of the stock amount at each time are output as the feature amount in the line.
In the present embodiment, the feature amount treated as learning data is time-series data including the input material feature amount and the line feature amount at each time.
図5は、本発明の一実施形態に係る生産システムが行う学習データ作成処理の一例を説明するフローチャートである。学習データ作成部12は、入力部15を介して入力された、学習データを作成する条件を決定する(ステップS101~S103)。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of learning data creation processing performed by the production system according to the embodiment of the present invention. The learning
学習データ作成部12は、まず、データ作成開始時刻tを決定する(ステップS101)。学習データ作成部12は、入力部15を介して入力された時刻に基づいて、データ作成開始時刻tを決定する。
The learning
また、学習データ作成部12は、投入材料等の実績値を抽出するための単位時間を決定する(ステップS102)。学習データ作成部12は、入力部15を介して入力された時間に基づいて、単位時間を決定する。ここでは、単位時間を1として説明する。
Further, the learning
また、学習データ作成部12は、データ作成開始時刻tからの遡り単位時間Tを決定する(ステップS103)。学習データ作成部12は、入力部15を介して入力された時間に基づいて、遡り単位時間Tを決定する。
なお、上述したステップS101~S103は、同時に実行されてもよいし、上述した順とは異なる順で実行されてもよい。また、単位時間や遡り単位時間Tは、予め設定されている値を用いてもよい。
Further, the learning
The above-mentioned steps S101 to S103 may be executed at the same time, or may be executed in an order different from the above-mentioned order. Further, a preset value may be used for the unit time and the retroactive unit time T.
学習データ作成部12は、学習データの作成条件を決定した後、時刻(t-T)から時刻tまでの学習データを作成する(ステップS104)。学習データ作成部12は、生産データ蓄積部11を参照して、時刻t´=(t-T)の学習データを作成する。
The learning
学習データは、時刻t´の学習データを作成すると、作成した学習データを、図示しないバッファ等に格納する(ステップS105)。 When the learning data at time t'is created, the created learning data is stored in a buffer or the like (not shown) (step S105).
その後、学習データ作成部12は、時刻t´=t´+1に更新する(ステップS106)。
After that, the learning
学習データ作成部12は、更新後の時刻t´について、生産実績等の実績データが存在するか否かを、生産データ蓄積部11を参照して判断する(ステップS107)。学習データ作成部12は、更新後の時刻t´について、生産実績等の実績データが存在すると判断した場合(ステップS107:Yes)、ステップS104に移行して、更新後の時刻t´について上述した処理を繰り返す。これに対し、学習データ作成部12は、更新後の時刻t´について、生産実績等の実績データが存在しないと判断した場合(ステップS107:No)、学習データ作成処理を終了する。
The learning
以上説明した学習データ作成処理により、例えば、実績データが存在する時刻(t-T)から時刻tまでの間に単位時間で区切った時刻がN個存在する場合、N組の状態量(投入材料特徴量及びライン特徴量)が作成される。
また、学習データ作成部12は、設定された時刻tに単位時間を加算した時刻t+1であって、実績データが存在しない時刻t+1の学習データについては、後述する予測によって生成される目的量とする。
By the training data creation process described above, for example, when there are N times separated by a unit time between the time (tT) where the actual data exists and the time t, N sets of state quantities (input material). Feature amount and line feature amount) are created.
Further, the learning
図6は、本発明の一実施形態に係る生産システムが行う状態量を説明する図である。図6に示すように、時刻(t-T)~時刻tの各時刻のラインの状態量の実績値(ラインの状態量実績)、及び、単位時間ごとの投入材料の特徴量の実績(投入材料の特徴量実績)を組とする状態量が、学習データとして作成される。また、時刻t+2の予測を行う際には、予測済みの時刻t+1におけるラインの状態量の予測値(ラインの状態量予測値:目的量に相当)が、学習データとして追加される。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state quantity performed by the production system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the actual value of the state amount of the line at each time from time (tT) to time t (actual state amount of the line) and the actual value of the characteristic amount of the input material for each unit time (input). A state quantity that is a set of material feature quantities (actual results) is created as training data. Further, when predicting the
予測モデル作成部13は、学習データ作成部12によって作成された学習データを用いて、予測モデルを作成する。本実施の形態では、ニューラルネットワークを用いた学習によって、予測モデルを作成する。ニューラルネットワークの学習は、Chainer、Tensorflow等の開発環境を用いることで実現される。
学習モデル記憶部14は、予測モデル作成部13による学習後のK個のモデルを記憶する。
The prediction
The learning
まず、モデル化された学習装置に用いられるニューロンのモデルについて、図7を参照して説明する。図7は、ニューラルネットワークを用いた学習による予測モデルの作成について説明する図である。図7に示すように、ニューロンは、複数の入力X(ここでは一例として入力X1~入力X3)に対する出力Yを出力するものである。各入力Xには、この入力Xに対応する重みwが掛けられる。これにより、ニューロンは、下式(1)により表現される出力Yを出力する。なお、入力X、出力Y及び重みwは、すべてベクトルである。ここで、Bはバイアスであり、Fは活性化関数である。
Y=F(ΣiXi*wi+B) ・・・(1)
First, a neuron model used in the modeled learning device will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a diagram illustrating the creation of a predictive model by learning using a neural network. As shown in FIG. 7, the neuron outputs an output Y for a plurality of inputs X (here, as an example, inputs X1 to X3). Each input X is multiplied by a weight w corresponding to this input X. As a result, the neuron outputs the output Y expressed by the following equation (1). The input X, the output Y, and the weight w are all vectors. Here, B is a bias and F is an activation function.
Y = F (Σ i Xi * wi + B) ・ ・ ・ (1)
次に、上述したニューロンを組み合わせた三層の重みを有するニューラルネットワークについて、図8を参照して説明する。図8は、三層の重みを有するニューラルネットワークについて説明する図である。図8に示すように、ニューラルネットワークの左側から複数の入力X(ここでは一例として入力X11~入力X13)が入力され、右側から複数の出力Y(ここでは一例として出力Y11~出力Y13)が出力される。図8に示すニューラルネットワークでは、入力層D1、中間層D2、出力層D3を経て複数の出力Yが出力される。 Next, a neural network having three layers of weights in which the above-mentioned neurons are combined will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a neural network having three layers of weights. As shown in FIG. 8, a plurality of inputs X (here, inputs X11 to X13 as an example) are input from the left side of the neural network, and a plurality of outputs Y (here, outputs Y11 to outputs Y13 as an example) are output from the right side. Will be done. In the neural network shown in FIG. 8, a plurality of outputs Y are output via the input layer D1, the intermediate layer D2, and the output layer D3.
具体的には、入力X11~入力X13は、入力層D1における三つのニューロンN11~N13の各々に対して対応する重みが掛けられて入力される。これらの入力に掛けられる重みはまとめてw11と表記されている。 Specifically, the inputs X11 to X13 are input with corresponding weights applied to each of the three neurons N11 to N13 in the input layer D1. The weights applied to these inputs are collectively referred to as w11.
ニューロンN11~N13は、それぞれ、特徴ベクトルZ11~特徴ベクトルZ13を出力する。これらの特徴ベクトルZ11~特徴ベクトルZ13はまとめてZ1と標記されている。この特徴ベクトルZ1は、重みw11と重みw12との間の特徴ベクトルである。
特徴ベクトルZ11~特徴ベクトルZ13は、中間層D2における二つのニューロン(N21、N22)の各々に対して対応する重みが掛けられて入力される。これらの特徴ベクトルに掛けられる重みはまとめてw12と標記されている。
The neurons N11 to N13 output the feature vector Z11 to the feature vector Z13, respectively. These feature vectors Z11 to feature vectors Z13 are collectively labeled as Z1. This feature vector Z1 is a feature vector between the weight w11 and the weight w12.
The feature vector Z11 to the feature vector Z13 are input with corresponding weights applied to each of the two neurons (N21, N22) in the intermediate layer D2. The weights applied to these feature vectors are collectively marked as w12.
ニューロンN21、22は、それぞれ、特徴ベクトルZ21、Z22を出力する。これらの特徴ベクトルZ21、Z22は、まとめてZ2と標記されている。この特徴ベクトルZ2は、重みw12と重みw13との間の特徴ベクトルである。
特徴ベクトルZ21、Z22は、出力層D3における3つのニューロン(N31~N33)の各々に対して対応する重みが掛けられて入力される。これらの特徴ベクトルに掛けられる重みはまとめてw13と表記されている。
The neurons N21 and 22 output the feature vectors Z21 and Z22, respectively. These feature vectors Z21 and Z22 are collectively labeled as Z2. This feature vector Z2 is a feature vector between the weight w12 and the weight w13.
The feature vectors Z21 and Z22 are input with corresponding weights applied to each of the three neurons (N31 to N33) in the output layer D3. The weights applied to these feature vectors are collectively referred to as w13.
最後に、ニューロンN31~N33は、出力Y11~出力Y13をそれぞれ出力する。
ここで、重みw11~w13は、誤差逆伝搬法(バックプロパゲーション)により学習可能なものである。誤差の情報は、右側から入力されて左側に流れる。誤差逆伝搬法は、各ニューロンについて、入力Xが入力されたときの出力Yと、真の出力Y(教師)との差分を小さくするように、それぞれの重みを調整(学習)する手法である。
Finally, the neurons N31 to N33 output outputs Y11 to Y13, respectively.
Here, the weights w11 to w13 can be learned by the error back propagation method (backpropagation). Error information is input from the right side and flows to the left side. The error back propagation method is a method of adjusting (learning) the weights of each neuron so as to reduce the difference between the output Y when the input X is input and the true output Y (teacher). ..
図9は、ニューラルネットワークを用いた負荷予測値の生成を説明する図である。本実施の形態では、図9に示すような、作成された時刻t-Tから時刻tまでの学習データ(投入材料特徴量及びライン特徴量)を入力層に入力し、中間層を経て、出力層において時刻t+1の負荷予測値(処理量及び在庫量)を出力するニューラルネットワークを構築し学習させる。 FIG. 9 is a diagram illustrating the generation of load prediction values using a neural network. In the present embodiment, the learning data (input material feature amount and line feature amount) from the created time t to time t as shown in FIG. 9 is input to the input layer and output via the intermediate layer. A neural network that outputs load prediction values (processing amount and inventory amount) at time t + 1 is constructed and trained in the layer.
また、本実施の形態では、ニューラルネットワークの弱点である過学習を避けるため、交差検証によるモデルの評価によるモデル作成を行う。図10は、交差検証によるモデルの評価について説明する図である。図10において、ハッチングなしの四角が訓練データを示し、ハッチングされた四角が検証データを示している。 Further, in the present embodiment, in order to avoid overfitting, which is a weak point of the neural network, a model is created by evaluating the model by cross-validation. FIG. 10 is a diagram illustrating evaluation of a model by cross-validation. In FIG. 10, the unhatched squares show the training data and the hatched squares show the verification data.
予測モデル作成部13は、L個の学習用データをK個に分け、K-1個の訓練データと一つの検証データとの配置を、図10に示すように変化させながら、検証データの配置が互いに異なるK個のモデル(モデル1~モデルK)を作成する。この手法では、モデルはK個作成され、K個のモデル出力の平均値を用いて評価される。予測モデル作成部13は、学習が終了したK個のモデルを、学習モデル記憶部14に記憶させる。
以上説明した処理を実行することによって予測モデルが作成される。
予測モデルは、上述した機械学習によって作成され、例えば、製造ラインごとに設けられる。すなわち、製造ラインを複数有する工場では、複数の予測モデルが生成されている。
The prediction
A prediction model is created by executing the process described above.
The predictive model is created by the machine learning described above, and is provided for each production line, for example. That is, in a factory having a plurality of production lines, a plurality of prediction models are generated.
入力部15は、キーボード、マウス、スイッチ、タッチパネル等のユーザインターフェースを用いて実現され、生産システム1の動作を指示する信号等の各種信号の入力を受け付ける。
The
負荷予測部16は、予測モデル作成部13が作成した予測モデルを用いて、ラインの負荷を予測する。負荷予測部16は、例えば上述した時刻t-Tから時刻tまでの学習データに基づく予測モデルを用いて時刻t+1~t+3までの負荷予測を行う場合、時刻tから時刻t+1までの予定投入材料の特徴量、時刻t+1から時刻t+2までの予定投入材料の特徴量、時刻t+2から時刻t+3までの予定投入材料の特徴量を外部で作成された生産計画等から作成されたものを入力として、時刻t+1~t+3までの負荷予測を行う。また、負荷予測部16による予測の実行は、Chainer、Tensorflow等の開発環境を用いることで実現される。
The load prediction unit 16 predicts the load of the line using the prediction model created by the prediction
続いて、負荷予測部16による、予測モデルを用いた負荷予測の方法に関して説明する。図11~図13は、本発明の一実施形態に係る生産システムが行う状態量予測の一例を説明する図である。図11は、予測開始時刻tから3単位時間先の時刻t+3の負荷予測を行う場合の概要を説明する図である。図12は、予測開始時刻tから1単位時間先の時刻t+1の負荷予測を行う場合の概要を説明する図である。図13は、予測開始時刻tから2単位時間先の時刻t+2の負荷予測を行う場合の概要を説明する図である。 Subsequently, a method of load prediction using a prediction model by the load prediction unit 16 will be described. 11 to 13 are diagrams illustrating an example of state quantity prediction performed by the production system according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating an outline in the case of performing load prediction at time t + 3 three unit times ahead of the prediction start time t. FIG. 12 is a diagram illustrating an outline in the case of performing load prediction at time t + 1 one unit time ahead of the prediction start time t. FIG. 13 is a diagram illustrating an outline in the case of performing load prediction at time t + 2 two unit times ahead of the prediction start time t.
(1)時刻tから時刻t+1までの予測
時刻t-Tからから時刻tまでのラインの状態量(実績値)と、時刻t-Tから時刻t-1までの投入材料の特徴量(実績値)とを、生産データ蓄積部11から読み出す。
時刻tから時刻t+1までの投入材料の特徴量は、予定投入材料の特徴量を用いる。
これらのデータが、時刻tから時刻t+1までの予測を行う場合の入力となる状態量となる(図12参照)。
(1) Prediction from time t to time t + 1 State quantity (actual value) of the line from time t-T to time t and feature quantity (actual value) of input material from time t-T to time t-1 ) Is read from the production
As the feature amount of the input material from the time t to the
These data are state quantities that are input when making predictions from time t to time t + 1 (see FIG. 12).
負荷予測部16は、学習モデル記憶部14からK個の予測モデルを読み出し、各予測モデルに対して、時刻t+1までの予測を行う場合の入力となる状態量を入力し、K個の予測値の平均値を時刻t+1の負荷予測値とする。なお、負荷予測値は、平均値のほか、K個の予想値のうち一つを選択するようにしてもよいし、最大値、最小値、最頻値を負荷予測値としてもよい。
The load prediction unit 16 reads out K prediction models from the learning
(2)時刻t+1から時刻t+2までの予測
時刻t-(T-1)から時刻tまでのラインの状態量(実績値)と、時刻t-(T-1)から時刻tまでの投入材料の特徴量(実績値)を、生産データ蓄積部11から読み出す。
時刻tから時刻t+1までの投入材料の特徴量は、予定投入材料の特徴量を用いる。
時刻t+1のラインの状態量は、予測した時刻t+1のライン状態量の予測値を用いる。
これらのデータが、時刻tから時刻t+1までの予測を行う場合の入力となる状態量となる(図13参照)。
(2) Prediction from time t + 1 to time t + 2 State quantity (actual value) of the line from time t- (T-1) to time t and input material from time t- (T-1) to time t The feature amount (actual value) is read from the production
As the feature amount of the input material from the time t to the
As the state quantity of the line at
These data are state quantities that are input when making predictions from time t to time t + 1 (see FIG. 13).
負荷予測部16は、学習モデル記憶部14からK個の予測モデルを読み出し、各予測モデルに対して、時刻t+1までの予測を行う場合の入力となる状態量を入力し、K個の予測値の平均値を時刻t+2の負荷予測値とする。
The load prediction unit 16 reads out K prediction models from the learning
負荷予測部16は、時刻t+2から時刻t+3までの予測も上記と同様に、時刻t、t+1、t+2からの各予定投入材料の特徴量と、時刻t+1、t+2のラインの状態量の予測値を用いて、時刻t+3における予測値を生成する。
予測期間が任意に入力された場合でも、上記と同様に予測を行うことが出来る。
The load prediction unit 16 predicts from time t + 2 to time t + 3 in the same manner as above, and determines the feature amount of each scheduled input material from time t, t + 1, t + 2 and the predicted value of the state amount of the line at
Even if the prediction period is arbitrarily input, the prediction can be performed in the same manner as above.
負荷予測部16は、生成した予測値を、予測結果出力部17及び/又は上位システム19に出力する。
The load prediction unit 16 outputs the generated predicted value to the prediction
予測結果出力部17は、負荷予測部16が生成した予測値に基づく予測結果を出力する。予測結果出力部17は、データを外部に出力するほか、モニタに予測結果を表示する。予測結果出力部17は、モニタに予測結果を表示する場合、液晶または有機EL(Electro Luminescence)等のモニタを用いて構成される。
The prediction
図14及び図15は、本発明の一実施形態に係る生産システムによって作成された予測の結果の一例を示す図である。図14は、各処理工程(第2処理工程P2~第5処理工程P5における時間と在庫量(時刻t+1~t+3は予測値)との関係を示している。図15は、各処理工程(第2処理工程P2~第5処理工程P5)における時間と処理量(時刻t+1~t+3は予測値)との関係を示している。 14 and 15 are diagrams showing an example of the result of prediction made by the production system according to the embodiment of the present invention. FIG. 14 shows the relationship between the time and the inventory amount (time t + 1 to t + 3 are predicted values) in each processing step (second processing step P2 to fifth processing step P5). FIG. 15 shows each processing step (first processing step). The relationship between the time and the processing amount (time t + 1 to t + 3 are predicted values) in the 2 processing steps P2 to the 5th processing step P5) is shown.
ここで、図14に示す点Qは、時刻t+1において第2処理工程P2の仕掛在庫が最大を超えていることを示している。図14に示す例のように、処理工程において仕掛在庫を超えている場合は、生産計画修正部18において、入力となる生産計画が修正される。
Here, the point Q shown in FIG. 14 indicates that the work-in-process inventory of the second processing step P2 exceeds the maximum at
生産計画修正部18は、例えば、ある処理工程において仕掛在庫を超えている場合に、生産計画を修正するための情報を生成する。
The production
ここで、本実施の形態に係る予測モデル(工場内ライン負荷予測モデル)は、時刻τ,τ-1,・・・,τ-Tの投入材料の特徴量をX(τ)、X(τ-1)…、X(τ-T)、時刻τ,τ-1,・・・,τ-Tにおける処理工程mの状態量である処理量P(m,τ),P(m,τ-1),…,P(m,τ-T),時刻τ,τ-1,・・・,τ-Tにおける処理工程nの状態量である仕掛在庫量S(n,τ),S(n,τ-1),・・・,S(n,τ-T)を入力し、時刻τ+1における、処理工程mの処理量P(m,τ+1)、処理工程nの仕掛在庫量S(n,τ+1)を出力する関数とみなすことができる。予測モデルをNN()としたとき、この予測モデルNN()は、下式(2)のように表現される。例えば、上述したような処理工程が五つある場合、m=1,2,3,4,5、n=2,3,4,5となる。
NN(X(τ),・・・,X(τ-T),P(m,τ),・・・,
P(m,τ-T)),S(n,τ),・・・,S(n,(τ-T))
=(P(m,τ+1),S(n,τ+1)) ・・・(2)
Here, in the prediction model (in-process line load prediction model) according to the present embodiment, the characteristic quantities of the input materials at the times τ, τ-1, ..., τ-T are X (τ), X (τ). -1) ..., X (τ-T), time τ, τ-1, ..., Processing amount P (m, τ), P (m, τ-, which is the state quantity of the processing step m in τ-T. 1), ..., P (m, τ-T), time τ, τ-1, ..., In-process inventory amount S (n, τ), S (n) which is the state quantity of the processing step n at time τ, τ-1, ..., τ-T , Τ-1), ..., S (n, τ-T) are input, the processing amount P (m, τ + 1) of the processing step m at the time τ + 1, and the in-process inventory amount S (n, It can be regarded as a function that outputs τ + 1). When the prediction model is NN (), this prediction model NN () is expressed as the following equation (2). For example, when there are five processing steps as described above, m = 1,2,3,4,5, n = 2,3,4,5.
NN (X (τ), ..., X (τ-T), P (m, τ), ...,
P (m, τ-T)), S (n, τ), ..., S (n, (τ-T))
= (P (m, τ + 1), S (n, τ + 1)) ... (2)
次に、具体的に、各処理工程における最大処理量をMaxP(m)、仕掛在庫量の最大量をMaxS(n)とすると、時刻t+1から時刻t+3までの予測を行う場合の各製造工程の処理量と仕掛在庫量の制約条件は以下の式(3)、(4)のように表現することができる。
For τ=t+1,・・・,t+3;
For all m;
P´(m,τ)- MaxP(m)<=0 ・・・(3)
ここで、P´(m,τ)は、各時刻において修正された投入材料の特徴量X´(τ)を上式(2)に代入して得られる、各処理工程の処理量である。
For τ=t+1,・・・,t+3;
For all n;
S´(n,τ)- MaxS(n)<=0 ・・・(4)
ここで、S´(n,τ)は、各時刻において修正された投入材料の特徴量X´(τ)を上式(2)に代入して得られる、各処理工程での仕掛在庫量である。
Next, specifically, assuming that the maximum processing amount in each processing process is MaxP (m) and the maximum amount of work-in-process inventory is MaxS (n), the prediction from time t + 1 to time t + 3 is performed in each manufacturing process. The constraint conditions of the processing amount and the work-in-process inventory amount can be expressed by the following equations (3) and (4).
For τ = t + 1, ..., t + 3;
For all m;
P'(m, τ) -MaxP (m) <= 0 ... (3)
Here, P'(m, τ) is the processing amount of each processing step obtained by substituting the feature amount X'(τ) of the input material corrected at each time into the above equation (2).
For τ = t + 1, ..., t + 3;
For all n;
S'(n, τ) -MaxS (n) <= 0 ... (4)
Here, S'(n, τ) is a work-in-process inventory amount in each processing step obtained by substituting the feature amount X'(τ) of the input material corrected at each time into the above equation (2). be.
生産計画修正部18は、上式(3)、(4)の制約条件のもと、下式(5)を最大化するX´(τ)を求める。これにより、特徴量の最適化問題として定式化することができる。
For τ=t+1,・・・,t+3;
ΣτG(X´(τ))→ Max ・・・(5)
The production
For τ = t + 1, ..., t + 3;
Σ τ G (X'(τ)) → Max ・ ・ ・ (5)
本実施の形態では、予測を行う予測モデルNN()がニューラルネットワークによって構成されているため、一種のブラックボックス関数最適化問題となる。ブラックボックス関数最適化問題に関しては、遺伝的アルゴリズム等の進化型計算、ベイズ最適化等の手法を適用することが知らており、これらを用いることによって上式(5)を最大化するX´(τ)を求めることができる。
ここで、この実施形態では、τ=t+1,・・・,t+3の範囲で予測し、修正を行う例を示しているが、任意のTmに対して、τ=t+1,・・・,t+Tmと予測区間を適宜に定めて計画を修正することができる。
In this embodiment, since the prediction model NN () that makes a prediction is configured by a neural network, it becomes a kind of black box function optimization problem. Regarding the black box function optimization problem, it is known that evolutionary calculations such as genetic algorithms and methods such as Bayesian optimization are applied, and X'(5) that maximizes the above equation (5) by using these. τ) can be obtained.
Here, in this embodiment, an example of predicting and correcting in the range of τ = t + 1, ..., T + 3 is shown, but for any Tm, τ = t + 1, ..., T + Tm. Prediction intervals can be set appropriately and the plan can be revised.
生産計画修正部18は、各時刻における、修正後の特徴量X´(τ)を上位システム19に出力する。
The production
上位システム19は、例えば、CPU等の汎用プロセッサやメモリを備えたコンピュータを用いて実現され、生産計画等を管理するシステムである。上位システム19は、負荷予測部16から受け取る予測値に基づく修正情報や、生産計画修正部18から受け取る修正後の特徴量X´(τ)をもとに生産計画を生成し、各処理工程を実施させる。
The
以上説明した生産システム1が実行する処理の流れの一例について、図16及び図17を参照して説明する。図16は、本発明の一実施形態に係る生産システムが行う予測モデル作成処理の一例を説明するフローチャートである。
An example of the flow of processing executed by the
まず、入力部15等を介して過去の生産実績を含む工場内の生産データが入力されると、入力された生産データが生産データ蓄積部11に蓄積される(ステップS201:生産データ蓄積ステップ)。
First, when the production data in the factory including the past production results is input via the
学習データ作成部12は、蓄積された生産データをもとに学習用のデータを作成する(ステップS202:学習データ作成ステップ)。学習データ作成部12は、図3~図5を参照して説明したようにして、学習データを作成する。作成した学習データは、学習モデル記憶部14に記憶される。
The learning
予測モデル作成部13は、上述したようにして、学習データ作成部12が作成した学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する(ステップS203:予測モデル作成ステップ)。
As described above, the prediction
その後、作成された予測モデルを用いた負荷予測処理が行われる。負荷予測処理では、予測モデルから負荷を予測して、生産計画が作成される。図17は、本発明の一実施形態に係る生産システムが行う負荷予測処理の一例を説明するフローチャートである。負荷予測処理では、まず、入力部15を介して、予測開始時刻(上述した時刻tに相当)と、予測終了時刻(例えば、上述した時刻t+3に相当)が入力され、生産データ蓄積部11から予測開始時刻以降の生産計画(投入材料の特徴量等)が入力される(ステップS301:入力ステップ)。
After that, load prediction processing using the created prediction model is performed. In the load prediction process, the load is predicted from the prediction model and the production plan is created. FIG. 17 is a flowchart illustrating an example of load prediction processing performed by the production system according to the embodiment of the present invention. In the load prediction process, first, the prediction start time (corresponding to the above-mentioned time t) and the prediction end time (for example, corresponding to the above-mentioned time t + 3) are input via the
予測開始時刻、及び前記予測開始時刻以降の生産計画が入力された後、負荷予測部16は、予測開始時刻を含む過去の工場ラインの状態に関する情報(ここでは、投入材料特徴量及びライン特徴量)をもとに、予測終了時刻までの、工場内のラインの負荷を、工場内ライン負荷予測モデルを用いて予測する(ステップS302:負荷予測ステップ)。この際、生成された予測値をもとに、予測結果出力部17が、モニタ等に予測結果を表示してもよい。
After the prediction start time and the production plan after the prediction start time are input, the load prediction unit 16 performs information on the state of the past factory line including the prediction start time (here, input material feature amount and line feature amount). ), The load of the line in the factory up to the prediction end time is predicted using the line load prediction model in the factory (step S302: load prediction step). At this time, the prediction
生産計画修正部18は、予測結果出力部17を介して負荷予測部16の予測結果を受け取ると、生産計画を修正する必要があるか否かを判断する(ステップS303)。生産計画修正部18は、例えば、各時刻の予測値(処理量や在庫量の予測値)と、予め設定されている閾値とを比較する。ここで、生産計画修正部18は、予測値が閾値を超えていると判断した場合(ステップS303:Yes)、ステップS304に移行する。これに対し、生産計画修正部18は、予測値が閾値を超えていないと判断した場合(ステップS303:No)、ステップS306に移行する。
Upon receiving the prediction result of the load prediction unit 16 via the prediction
ステップS304において、生産計画修正部18は、上式(3)、(4)の制約条件のもと、下式(5)を最大化するX´(τ)を求める。生産計画修正部18は、各時刻における、修正後の特徴量X´(τ)を生産計画修正情報として上位システム19に出力する。
なお、生産計画修正部18による修正要否判断のほか、予測結果出力部17によって出力された予測結果を確認したユーザにより、入力部15等を介して生産計画の修正情報が入力されたと判断した場合に、入力された情報を生産計画修正情報として上位システム19に出力するようにしてもよい。この場合、予測結果出力部17が判断処理や出力処理を行ってもよいし、生産システム1を統括的に制御する制御部(図示せず)が上述した処理を行ってもよい。
In step S304, the production
In addition to the correction necessity judgment by the production
ステップS304に続くステップS305において、上位システム19は、取得した生産計画修正情報をもとに、生産計画を修正する。上位システム19は、取得した生産計画修正情報に基づいて生産計画を自動で修正するようにしてもよいし、生産計画修正情報に基づいてユーザが入力した情報を反映して生産計画を修正するようにしてもよい。
ステップS304及びステップS305の処理が、生産計画修正ステップに相当する。
In step S305 following step S304, the
The processing of step S304 and step S305 corresponds to the production plan modification step.
上位システム19は、生産計画に基づいて、各処理工程を実施させる(ステップS306)。この際、上位システム19は、生産計画を修正した場合には、修正後の生産計画で処理を実施させる。
The
以上の説明した実施の形態では、実績データを用いて作成された学習データや、予測時刻前の時刻における予測値に基づいて、負荷予測値を生成するようにしたので、例えば、ある製造ラインにおける負荷(処理量や在庫量に関する負荷)を予測して、生産計画に反映させることができる。本実施の形態によれば、簡易な統計処理によってプロダクトミックスに対応した各プロセスの負荷を予測することができる。工場の製造ラインの負荷を予測することによって、事前に能力オーバーしてしまう設備の把握が可能となり、生産計画を変更する等の対応により、中間在庫の削減等、適切な生産が可能になる。 In the embodiment described above, the load predicted value is generated based on the training data created using the actual data and the predicted value at the time before the predicted time. Therefore, for example, in a certain production line. The load (load related to processing amount and inventory amount) can be predicted and reflected in the production plan. According to this embodiment, the load of each process corresponding to the product mix can be predicted by simple statistical processing. By predicting the load on the production line of the factory, it is possible to grasp the equipment that exceeds the capacity in advance, and by taking measures such as changing the production plan, it becomes possible to perform appropriate production such as reduction of intermediate inventory.
また、本実施の形態では、生産計画修正部18が、例えば、ある処理工程において仕掛在庫を超えている場合に、生産計画を修正するための情報を生成するようにしたので、負荷の大きいプロセスがある場合には、その生産計画を修正させて、適切な生産の実施を行うことができる。
Further, in the present embodiment, the production
(変形例)
上述した実施の形態では、予測モデル作成部13、負荷予測部16の各処理には、生産システム1内(ローカル)に構築された計算機上におけるニューラルネットワークを用いている。近年、クラウド上において機械学習モデルの構築、実行までを行う技術が知られており、この技術を上記の実施の形態の処理に適用することもできる。上記実施の形態に上述したクラウド上に処理を実行する技術を適用した場合、図1の予測モデル作成部13、学習モデル記憶部14、負荷予測部16のプログラム、記憶領域を持つことが不要になるため、生産システムとしてのシステム構成が単純になり、メンテナンスが容易になるという利点がある。
(Modification example)
In the above-described embodiment, a neural network on a computer constructed in the production system 1 (locally) is used for each process of the prediction
図18は、本発明の実施形態の変形例に係る生産システムを含む管理システムの構成を示すブロック図である。図18に示す生産システムは、生産データ蓄積部11と、学習データ作成部12と、予測モデル作成部13と、入力部15と、予測結果出力部17と、生産計画修正部18と、予測データ作成部20とを備える。また、生産計画修正部18は、上位システム19に情報を出力する。上述した生産システム、上位システム19及び機械学習サーバ21によって管理システムを構成する。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a management system including a production system according to a modification of the embodiment of the present invention. The production system shown in FIG. 18 includes a production
入力部15は、負荷予測を行うためのデータを予測データ作成部20に入力する。予測データ作成部20は、入力部15を介して入力されたデータをもとに、負荷予測に用いる予測データを作成する。予測データは、例えば予測を行う時刻を含む。
The
機械学習サーバ21は、学習データをもとに予測モデルを作成する。また、機械学習サーバ21は、入力される予測データと、作成した予測モデルとを用いて負荷予測を行う。機械学習サーバ21は、上述した予測モデル作成部13及び負荷予測部16の機能を有する。
The machine learning server 21 creates a prediction model based on the learning data. Further, the machine learning server 21 performs load prediction using the input prediction data and the created prediction model. The machine learning server 21 has the functions of the prediction
学習データ作成部12は、外部ネットワーク環境(ネットワークNt1)を経由して、機械学習を行う機械学習サーバ21に上述した学習データを送信する。また、機械学習サーバ21は、取得した学習データを用いて、サーバ内で予測モデルを構築する。また、負荷予測を行う場合は、予測データ作成部20が、外部ネットワーク環境(ネットワークNt2)を経由して、機械学習サーバ21に予測データを送信する。機械学習サーバ21は、取得した予測データと、構築した予測モデルとを用いて負荷予測を行う。予測結果出力部17は、機械学習サーバ21から外部ネット―ワーク環境(ネットワークNt3)を経由して、負荷予測結果を受け取る。生産計画修正部18は、図17のフローチャートに従い処理され、修正された生産計画は上位システム19によって実行される。生産計画修正部18による修正後の生産計画は、ネットワークNt3を経由して機械学習サーバ21に出力される。
The learning
外部の機械学習サービスを用いて生産計画の修正を行う場合においても、予測モデルの形態によらず、ブラックボックス関数最適化問題として、式(5)を最適化する特徴量X´(τ)を求めることができる。 Even when the production plan is modified using an external machine learning service, the feature quantity X'(τ) that optimizes equation (5) is used as a black box function optimization problem regardless of the form of the prediction model. You can ask.
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiment to which the invention made by the present inventors has been applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings which form a part of the disclosure of the present invention according to the present embodiment. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.
1 生産システム
11 生産データ蓄積部
12 学習データ作成部
13 予測モデル作成部
14 学習モデル記憶部
15 入力部
16 負荷予測部
17 予測結果出力部
18 生産計画修正部
19 上位システム
20 予測データ作成部
21 機械学習サーバ
1
Claims (13)
蓄積された前記生産データのうち、予測する時間単位の2倍以上かつロット単位の変化時間の半分以上で設定される遡り単位時間までの生産データをもとに学習用の学習データを作成する学習データ作成ステップと、
前記学習データ作成ステップで作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成ステップと、
を含むことを特徴とする工場内ライン負荷予測モデル作成方法。 A production data accumulation step that accumulates production data in the factory including past production results,
Learning to create learning data for learning based on the production data up to the retroactive unit time set by more than twice the predicted time unit and more than half of the change time of the lot unit among the accumulated production data. Data creation steps and
Based on the training data created in the training data creation step, a prediction model creation step that creates a prediction model of the load related to production by machine learning, and
A method for creating an in-factory line load prediction model, which comprises.
前記状態量は、前記遡り単位時間だけ遡った時間までの、単位時間ごとの投入材料の特徴量、および、処理工程ごとの処理特性に基づく製造ラインの特徴量であり、
前記目的量は、現在時刻よりも先の時刻における処理工程ごとの製造ラインの特徴量、または、生産実績が蓄積されていない時刻における処理工程ごとの製造ラインの特徴量である、
ことを特徴とする請求項1に記載の工場内ライン負荷予測モデル作成方法。 The learning data is data in which a state quantity and a target quantity for predicting a line load are combined.
The state quantity is a feature quantity of the input material for each unit time up to the time retroactive by the retroactive unit time, and a feature quantity of the production line based on the treatment characteristics for each treatment step.
The target amount is a characteristic amount of the production line for each processing process at a time earlier than the current time, or a characteristic amount of the production line for each processing process at a time when the production record is not accumulated.
The method for creating an in-factory line load prediction model according to claim 1.
前記入力ステップで入力された、前記予測開始時刻、及び前記予測開始時刻以降の生産計画と、少なくとも前記予測開始時刻を含む過去の工場ラインの状態に関する情報をもとに、前記予測終了時刻までの、工場内のラインの負荷を、機械学習された工場内ライン負荷予測モデルを用いて予測する負荷予測ステップと、
前記負荷予測ステップで得られた結果をもとに生産計画を修正する生産計画修正ステップと、
を含み、
前記工場内ライン負荷予測モデルは、予測する時間単位の2倍以上かつロット単位の変化時間の半分以上で設定される遡り単位時間までの工場内の生産データをもとに作成される、
ことを特徴とする工場内ライン生産計画作成方法。 An input step for inputting the forecast start time, the forecast end time, and the production plan after the forecast start time ,
Up to the forecast end time based on the forecast start time, the production plan after the forecast start time , and the information about the state of the past factory line including at least the forecast start time, which was input in the input step. , A load prediction step that predicts the load of a line in a factory using a machine-learned line load prediction model in a factory.
A production plan correction step that corrects the production plan based on the results obtained in the load prediction step, and
Including
The in-factory line load prediction model is created based on the production data in the factory up to the retroactive unit time set by more than twice the predicted time unit and more than half of the change time in the lot unit.
A method of creating an in-factory line production plan, which is characterized by this.
前記負荷予測ステップで予測される負荷は、複数の前記工場内ライン負荷予測モデルの各予測値うち、少なくとも一つの予測値、又は平均値、最大値、最小値であることを特徴とする請求項5に記載の工場内ライン生産計画作成方法。 It has multiple in-factory line load prediction models and has
5. The load predicted in the load prediction step is at least one predicted value, or an average value, a maximum value, and a minimum value among the predicted values of each of the plurality of factory line load prediction models. How to create an in-factory line production plan as described in.
蓄積された前記生産実績データのうち、予測する時間単位の2倍以上かつロット単位の変化時間の半分以上で設定される遡り単位時間までの生産データをもとに学習用のデータを作成する学習データ作成ステップと、
前記学習データ作成ステップで作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする工場内ライン負荷予測モデル作成プログラム。 The production data accumulation step that accumulates the production record data in the factory including the past production record,
Learning to create learning data based on the production data up to the retroactive unit time set by more than twice the predicted time unit and more than half of the change time of the lot unit among the accumulated production performance data. Data creation steps and
Based on the training data created in the training data creation step, a prediction model creation step that creates a prediction model of the load related to production by machine learning, and
An in-factory line load prediction model creation program characterized by having a computer execute.
蓄積された前記生産実績データのうち、予測する時間単位の2倍以上かつロット単位の変化時間の半分以上で設定される遡り単位時間までの生産データをもとに学習用のデータを作成する学習データ作成部と、
前記学習データ作成部で作成された学習データに基づき、機械学習によって、生産に関する負荷の予測モデルを作成する、予測モデル作成部と、
を備えることを特徴とする工場内ライン負荷予測モデル作成装置。 A production data storage unit that stores production performance data in the factory, including past production performance,
Learning to create learning data based on the production data up to the retroactive unit time set by more than twice the predicted time unit and more than half of the change time of the lot unit among the accumulated production performance data. Data creation department and
Based on the learning data created by the training data creation unit, a prediction model creation unit that creates a prediction model of the load related to production by machine learning, and a prediction model creation unit.
An in-factory line load prediction model creation device characterized by being equipped with.
前記入力部で入力された、前記予測開始時刻、及び前記予測開始時刻以降の生産計画と、少なくとも前記予測開始時刻を含む過去の工場ラインの状態に関する情報をもとに、前記予測終了時刻までの、工場内のラインの負荷を、機械学習された工場内ライン負荷予測モデルを用いて予測する負荷予測部と、
前記負荷予測部で得られた結果をもとに生産計画を修正する生産計画修正部と、
を備え、
前記工場内ライン負荷予測モデルは、予測する時間単位の2倍以上かつロット単位の変化時間の半分以上で設定される遡り単位時間までの工場内の生産データをもとに作成される、
ことを特徴とする工場内ライン生産計画作成装置。 An input unit for inputting the forecast start time, the forecast end time, and the production plan after the forecast start time ,
Up to the forecast end time based on the forecast start time, the production plan after the forecast start time , and the information about the state of the past factory line including at least the forecast start time, which is input by the input unit. , A load prediction unit that predicts the load of the line in the factory using a machine-learned line load prediction model in the factory.
The production plan correction unit that corrects the production plan based on the results obtained by the load prediction unit, and the production plan correction unit.
Equipped with
The in-factory line load prediction model is created based on the production data in the factory up to the retroactive unit time set by more than twice the predicted time unit and more than half of the change time in the lot unit.
An in-factory line production planning device that is characterized by this.
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