JP7211062B2 - 生産システム - Google Patents

Description

本発明は、生産システムに関する。

製造工場内の各生産設備はそれぞれの生産計画に基づき稼働している。各生産設備の生産計画は、受注状況や各生産設備の能力、在庫状況、稼働時間などの状況から作成している。

２００２－３６６２２１号公報

例えば特許文献１では、工場エミュレータを用いて複数の工場の実機を模倣して仮想的な生産を行うことで各工場の生産設備の稼働率などを客観的に評価し、製品を製造するのに最適な工場を選択することを提案している。

しかしながら、製品を製造するのに最適となる工場を選択するにしても、実際の製品の生産は、チョコ停が頻発して計画遅れを生じたり、設備の故障により長時間停止したり、急な受注による計画変更等、計画通りに生産が進まないことが多々生じる。このように計画遅れが一旦生じた場合は、その後の生産計画に影響を生じて生産計画を最適な状態に保つことが困難となるのが実情である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、生産計画の作成時の条件と実績とに差が生じた場合であっても以後の生産計画を最適な状態に保つことが可能となる生産システムを提供することにある。

請求項１の発明によれば、生産管理部（２、３）が実生産部（１）に最適化された生産計画を与えると、実生産部（１）は与えられた生産計画に基づいて製品を製造する。
生産管理部（２、３）は、実生産部（１）による生産計画の予実をリアルタイムで管理しており、再計画の実施条件が成立したと判断した場合は生産計画が最適となるように再計画して実生産部（１）に与える。生産管理部は、再計画した生産計画を実生産部に与える場合は、実生産部が現在実行中の生産計画を終了した後に再計画した生産計画を実行するように調整する。
実生産部（１）は、再計画された生産計画に基づいて製品を製造するようになる。この結果、生産計画の作成時の条件と実績とに差が生じた場合であっても、以後の生産計画に影響を与えることなく最適に保つことが可能となる。

一実施形態における生産システムの概略図 データの授受関係を示す生産システムの概略図 生産計画のデータの流れを説明するための図 代表的な操作手順を示す図 生産計画を説明するための図 通常の生産計画を説明するための図 生産計画の停止を説明するための図 生産計画の再開を説明するための図 生産計画の上書きを説明するための図

以下、生産システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、生産システムは、工場１（実生産部に相当）、サーバ２（生産管理部に相当）、生産統括装置３（生産管理部に相当）、生産シミュレータ４（生産管理部に相当）から構成されている。

工場１は各種の生産設備を備えており、各生産設備を適宜稼働させることにより製品を製造する。例えば原料を成形５により成形することで部品を製造し、それらの部品をＡＧＶ（Automated guided vehicle）６により組立ライン７に搬送して製品を組立てる。各生産設備は、サーバ２から与えられた生産計画に従って稼動すると共に、自己の稼働状況をサーバ２へリアルタイムで出力する。

サーバ２は、データ管理部８とデータベース部９（記憶部に相当）とから構成されている。データ管理部８は、生産統括装置３が作成した生産計画を工場１の各生産設備に割当てると共に、工場１の稼働情報や品質情報等を収集してデータベース部９に登録することで工場１の生産計画と運用状態（生産実績）を一元管理する。

生産統括装置３は、ユーザが入力した工場１の生産計画を生産シミュレータ４により最適化することで生産計画を作成すると共に、後述するように再計画の実施条件が成立した場合は生産シミュレータ４により生産計画を再計画する。

工場１、サーバ２、生産統括装置３について説明する。
図２に示すように、工場１の成形機５は、割当てられた生産計画に基づいて動作することにより原料から部品を製造する。成形機５は取出ロボット１０を有しており、生産計画に基づいて取出ロボット１０により成形機５から部品を取り出す。成形機５は、例えば動作実績及び動作時間をサーバ２にリアルタイムで出力する。

各ＡＧＶ６はＡＧＶ制御システム１１により集中制御される。各ＡＧＶ６は、割当てられた生産計画である搬送計画に基づいて取出ロボット１０が成形機５から取り出した部品を組立ライン７に搬送する。各ＡＧＶ６は、例えば動作実績及びロケーション情報をサーバ２にリアルタイムで出力する。

組立ライン７は、割当てられた生産計画に基づいてＡＧＶ６により所定位置にセットされた部品を取込んで製品を組立てる。組立ライン７は、例えば動作実績、品質情報、機器情報等をサーバ２にリアルタイムで出力する。

サーバ２のデータ管理部８は、工場１の各生産設備に対して生産計画を割当てる一方、再計画された生産計画がユーザにより承認された場合は当該生産計画を工場１の各生産設備に割当てる。また、データ管理部８は、各生産設備からの稼働情報（動作実績や動作時間等）を入力し、データベース部９に実績データとして定周期で蓄積する。

生産統括装置３は、工場１の生産計画として、例えば完成品出荷計画、各設備生産計画、特急品指定から作成した生産計画をデータベース部９に登録する。生産統括装置３はＢＩ（Business Intelligence）ツール１２を有しており、データベース部９にアクセスすることで生産計画のリアルタイムモニタや履歴参照用として機能する。

ＢＩツール１２は、データ管理部８が定周期で蓄積した実績データをリアルタイムで表示可能であるが、実績データが定周期よりも短い周期で変化するような場合は、変化した実績データを蓄積して表示することはできない。このような場合、短周期で実績データを蓄積すれば良いが、それでは記憶容量が膨大となる。

そこで、データ管理部８は、定周期で実績データを蓄積することを基本としながら、実績データが定周期よりも短い周期で変化した場合は、当該実績とその変化タイミングとを蓄積する。つまり、リアルタイムの情報を収集し続けると、データベース容量が短時間で消費してしまうため、短周期のデータは表示用に使用した後は、変化があったデータのみをデータベース部９に保管することで容量を節約している。これにより、定周期よりも短い周期で変化する実績データを表示に反映しながら蓄積データの削減を図ることができる。

生産統括装置３は、データベース部９の実績データにアクセスして完成品出荷実績、各設備生産実績等の実績データを取得し、上記した完成品出荷計画、各設備生産計画等の現在生産計画との比較結果や特急品指定の有無に基づいて再計画の実施条件が成立したかを判断する。再計画の実施条件が成立した場合は、生産シミュレータ４に対して再計画を要求する。

生産シミュレータ４は最適化スケジューラの機能を有しており、生産計画の再計画が要求されると、収集した現在の稼動情報や更新された出荷計画をシミュレーションの条件に反映し、生産計画の再計画を実施する。
生産統括装置３は、再計画した生産計画がユーザにより承認された場合は、当該生産計画をサーバ２のデータ管理部８を介して各設備へ送信される。つまり、生産計画は生産統括装置３にて自動計算されるが、実際の工場１の状態を完璧に再現して全ての生産条件を考慮した計画ではないため、ユーザが計画の承認／否認を実施するものとした。また、計画確認時にユーザが計画に任意に変更を加えることも可能にした。

次に、データの流れについて図３を参照して説明する。
データベース部９は、生産実績ＤＢ（database）１３、生産計画一時記憶ＤＢ１４、生産計画ＤＢ１５、生産計画履歴ＤＢ１６から構成されている。
（１）ユーザは、生産統括装置３に対して、例えば所定フォーマットで予め作成したＣＳＶファイル（Comma Separated Value）を入力したり、キー操作により直接入力したりすることで生産計画を登録する。

（２）生産統括装置３は、生産計画をサーバ２のデータベース部９にアップロードする。アップロードされた生産計画は生産計画一時記憶ＤＢ１４に記憶される。
（３）生産統括装置３は、生産シミュレータ４に生産計画のシミュレーションを依頼する。
（４）生産シミュレータ４は、シミュレーション結果を返す。
（５）ユーザが生産計画の承認を行うと、承認された生産計画をデータベース部９にアップロードする。アップロードされた生産計画は生産計画一時記憶ＤＢ１４に記憶される。

（６）データベース部９は、更新された生産計画を生産計画ＤＢ１５及び生産計画履歴ＤＢ１６に記憶する。
（７）生産計画ＤＢ１５に記憶した生産計画をデータ管理部８に送信する。
（８）データ管理部８は、工場１の各生産設備に対して生産計画を割当てる。
以上のようにして生産計画時におけるデータの送受信が行われる。

次に、生産実績のデータの流れについて説明する。
（１）データ管理部８は、各生産設備が送信する稼働情報に基づいて生産実績を集計する。
（２）データベース部９の生産実績ＤＢ１３に生産実績を反映する。
（３）生産統括装置３は、データベース部９から生産実績をダウンロードして参照する。

次に、ユーザによる生産統括装置３に対する代表的な操作手順について説明する。図４に示すように、システムにログインし（Ｓ１）、出荷計画を登録すると共にシミュレーションし（Ｓ２）、シミュレータした生産計画を承認することで設備の稼働と実績とを管理し（Ｓ３）、実績を表示する（Ｓ４）。このとき、必要に応じて再計画を行う（Ｓ５）。再計画には、出荷データを編集したり、設備計画を編集したりすることが可能である。

次に、上記手順について具体的に説明する。
（１）出荷計画の登録とシミュレーション（ステップＳ２）
本工程では、工場１の各生産設備の生産計画を出荷計画と初期条件を元に生産統括装置３で生成する。生産計画が登録されていない初期状態で出荷計画の登録を行い、シミュレーションを行う。

出荷計画の登録手順としては、図示しない「出荷計画」画面の編集ボタンを押すと編集モードとなる。この編集モードでは、各生産設備に対して後述する停止フラグが「ｏｎ」になる。各生産設備は、停止フラグが「ｏｎ」となった場合は、現在実行中の計画は継続して実行するが、計画が終了すると次の計画に着手しなくなる。

つまり、再計画実行中も工場１では生産をできるだけ続けたいが、再計画中の計画に直ちに着手してしまうと、再計画結果との整合がとれなくなる。このため、再計画の対象範囲は次計画以降とし、設備は再計画実施中も仕掛かり中の計画は継続し、仕掛かり中の計画が完了した場合は次計画に移行することなく待機状態になるものとした。

次に「出荷計画」画面で出荷計画を入力する。出荷計画が複数の場合は、「追加」ボタンをクリックして、計画を入力する行を追加する。
「出荷計画」画面を構成するセルに対する操作としては、セルのコピー、セルの削除、セルの追加、選択したセルのアップ／ダウンによる順番変更が可能である。

出荷計画としては、各項目が設定されている。
・連番：連番を入力
・品番：マスタに登録済みの製品の品番を入力
・計画数：生産数を入力
・特急品：０（通常品）か１（特急品）を入力
・納期（計画）：特急品以外なら必須で、納期を時分秒で入力
予め作成した出荷計画ファイルを取込むことで一括して登録することも可能である。

シミュレーションの手順は次の通りである。
「シミュレーション」ボタンをクリックすると、出荷計画のシミュレーションが行われ、シミュレーション結果が出荷計画を満足できない場合はその旨がポップアップ表示される。

設備生産計画も同様に入力してシミュレーションし、図示しない「出荷計画確認」画面、「設備生産計画確認」画面でシミュレーション結果をそれぞれ確認する。
各生産設備のシミュレーション結果を確認するには、「設備生産計画確認」画面の「設備名」をクリックして計画を確認する。表示する設備を順に切り替えることでシミュレーション結果を順に確認する。
出荷計画及び設備生産計画を確認し、問題が無ければ「承認」ボタンをクリックして承認する。問題があれば「キャンセル」ボタンをクリックし、上記手順をやり直す。
当日の２４時を越える計画を登録することは禁止されているが、登録可能としても良い。

（２）計画の承認と設備の稼働、実績（ステップＳ３）
ユーザが計画を承認すると、各生産設備に生産計画が出力され、停止フラグが「ｏｆｆ」となる。各生産設備に生産計画が出力されるので、各生産設備が稼働すると同時に稼働状況が実績として収集される。
工場１の各生産設備は、上述したように生産計画に従って生産を開始する一方、稼働情報（生産中、停止中等）を常時出力する。

（３）実績の表示（ステップＳ４）
工場１の稼働情報はＢＩツール１２によりリアルタイムで確認することができる。ＢＩツール１２には各生産設備が一覧表示可能であり、所望の生産設備の表示欄をクリックすると、該当する設備モニタ画面に移行する。
例えば生産設備として成形機５を選択した場合は、選択した成形機５の設備モニタに移行する。組立ライン７を選択した場合は、選択した組立ライン７の設備モニタに移行する。但し、各ＡＧＶ６を個別に表示することは困難であることから、何れかのＡＧＶ６を選択した場合は、共通の設備モニタに移行する。

（４）再計画（ステップＳ５）
生産統括装置３は、工場１からリアルタイムで出力されてサーバ２に記憶されている稼働情報に基づいて、計画に対する生産の進捗管理、在庫状況の管理、設備稼働率の算出などを求める。
生産統括装置３は、サーバ２に記憶されている稼働情報に基づいて再計画の要否を判断し、再計画が必要と判断した場合は、生産統括装置３へ再計画の実行を指令すると共に計画の進捗状況、工場１の稼働状況を出力する。再計画の実施条件はユーザにて任意に決定する。例えば予実が一定時間以上乖離した場合、設備の稼働状態が著しく低下（故障を含む）した場合、出荷計画に急な変更（特急品の受注を含む）があった場合、定周期での実施の場合などである。

再計画は次の手順で行う。
出荷計画及び設備生産計画は、「出荷計画編集」画面及び「設備生産計画編集」画面の「編集」ボタンをクリックすることで、計画の入力、編集を行うことが可能となる。このとき停止フラグが「ｏｎ」になり、各生産設備は次の計画に着手しなくなる。
出荷計画を変更するには、出荷計画ファイルから所望の出荷計画を取り込む。出荷結果を取込むと、取込前の出荷計画が取消され、取込んだ出荷結果に置換えられる。
一方、設備生産計画を編集する場合は、生産統括装置３の設備生産計画を変更または追加、削除する。

設備生産計画の編集は以下の通りである。組立ライン７も同様である。
（１）「設備生産計画／実績」画面の「編集」ボタンをクリックする。
（２）「設備生産計画編集」画面で設備生産計画の変更、追加、削除を行う。編集可能な設備生産計画は未着手分のみである。各生産設備に対して、停止フラグが「ｏｎ」になり、各生産設備は次の計画に着手しなくなる。
（３）「反映」ボタンをクリックすると、編集内容が設備生産計画に反映する。
（４）「設備生産計画／実績」画面で変更を確認する。反映することで編集した生産設備に設備生産計画が出力され、停止フラグが「ｏｆｆ」となる。

ビジネスタイム及び休憩時間の変更も変更可能である。
ビジネスタイム及び休憩時間を変更するには、図示しない「設定」画面でビジネスタイム及び休憩時間を編集する。ビジネスタイム及び休憩時間の少なくとも一方を変更した場合は生産計画や稼働率の計算に影響する。

「出荷計画／実績」画面では出荷計画よりも所定時間を超えてしまった実績を識別表示する。つまり、例えば注意の閾値を上回っている場合は該当箇所を黄色で表示し、警告の閾値を上回っている場合は該当箇所を赤色で表示する。
「出荷計画／実績」画面の時間警告閾値を変更する場合は、「設定」画面で閾値を変更する。

次に「シミュレーション」ボタンをクリックする。すると、生産シミュレータ４が生産統括装置３から受け取った情報を元に工場モデルのパラメータを更新し、実際の工場１の状況が反映されたモデルを使って各生産設備の最適な生産計画を生成してサーバ２へ出力する。
シミュレーション結果に納期遅延がある場合はエラーがポップアップ表示される。

「設備名」をクリックして、表示する設備を順に切り替えて計画を確認する。計画を確認し問題無ければ、「承認」ボタンをクリックして承認する。
問題があれば「キャンセル」ボタンをクリックし、上記手順をやり直す。
変更前と再シミュレーション後の計画を比較可能となっている。
当日の２４時を越える計画を登録することは禁止されているが、登録可能としても良い。

生産統括装置３は、再計画結果をユーザに表示する。ユーザは、再計画結果を確認し、問題が無ければ計画を承認する。ユーザが再計画結果を承認することに応じてサーバ２に再計画が登録される。これにより、各生産設備に設備生産計画が出力され、それに応じて停止フラグが「ｏｆｆ」となる。
以上のように、工場１のリアルタイムの稼働情報を用いて生産計画の見直しを随時していくことで、生産計画は最適な状態を維持し続け、無駄のない生産が可能となる。

次に、設備と停止フラグとの関係について説明する。図５に示すように、生産計画として計画１～５が実行予定順に設定されていると仮定する。
停止フラグが「ｏｆｆ」の場合は、先頭の計画１に基づいて生産する。
計画１に基づく生産が終了すると、２番目以降の計画を繰上げることで計画２が先頭となる。
先頭の計画２に基づいて生産する。
以後、上記動作を繰り返すことで計画１－５を順に実行することができる。

次に、実行動作について説明する。
（通常の生産計画）
図６に示すように停止フラグは「ｏｆｆ」であり、計画１に基づいて生産し、計画１に基づく生産が終了すると、計画２以降を繰り上げ、次の計画２に基づいて生産し、計画２に基づく生産が終了すると、次の計画３に基づいて生産することを順に実行する。

（生産計画の停止）
図７に示すように例えば計画１に基づく生産中に停止フラグが「ｏｎ」すると、既に実行している計画１は実行されるが、計画２以降は繰り上げられることはないので、実行されることはない。

（生産計画の再開）
図８に示すように計画２以降が停止した状態で停止していた計画の編集が完了し停止フラグが「Off」になると、通常通り計画２以降を繰り上げ、計画２に基づく生産から順に実行する。

（生産計画の上書き）
図９に示すように例えば計画１に基づく生産中に生産計画を計画５が先頭となるように上書きした場合は、停止フラグを「ｏｎ」することで次の計画２を停止する。この場合、既に実行している計画１は実行される。
上書きされた次の計画５以降の生産計画を繰上げると共に編集が完了し停止フラグが「Off」になると、計画５以降を繰り上げ、計画５を生産する。なお、停止フラグが「Off」した時点でまだ計画１を生産している場合は計画１が完了した後に、計画５以降を順に実行することになる。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
生産統括装置３は、再計画の実施条件が成立したとの判断に応じて再計画が指示された場合は、生産シミュレータ４を用いて生産計画を再計画し、再計画した生産計画を工場１の各生産設備に割当てるので、生産計画の作成時の条件と実績とに差が生じた場合であっても以後の生産計画に影響を与えることなく最適な状態に保つことが可能となる。

生産統括装置３は、編集またはシミュレーションを開始した場合に停止フラグを「ｏｎ」し、再計画を与えた場合は停止フラグを「ｏｆｆ」し、工場１の各生産設備は、停止フラグが「ｏｎ」した場合は現在実行中の生産計画は実行し、停止フラグが「ｏｆｆ」した場合は再計画された次の生産計画を実行するので、現在実行中の生産計画が中断されてしまうことなく確実に実行することができる。

サーバ２は、工場１の各生産設備の稼働状況を示すデータが通常の収集周期よりも短周期で変化する場合は、そのデータを表示可能とすると共に変化データのみを蓄積するので、データを蓄積する記憶装置の記憶容量を抑制することができる。

サーバ２は、計画確認で承認されることを条件に生産統括装置３による再計画を工場１の各生産設備に与えるので、生産管理にユーザの承認を反映させることが可能となる。
生産統括装置３は、ユーザによる再計画の編集を許可するので、ユーザによる変更を反映させることが可能となる。

本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は工場（実生産部）、２はサーバ（生産管理部）、３は生産統括装置（生産管理部）、４は生産シミュレータ、９はデータベース部（記憶部）である。

Claims (7)

1. 与えられた生産計画に基づいて製品を生産する複数の生産設備からなる実生産部（１）と、
   前記実生産部に最適化された生産計画を与えると共に前記実生産部による生産計画の予実をリアルタイムで管理し、再計画の実施条件が成立したと判断した場合は生産計画を最適となるように再計画して前記実生産部に与える生産管理部（３）と、
   を備え、
   前記生産管理部は、再計画した生産計画を前記実生産部に与える場合は、前記実生産部が現在実行中の生産計画を終了した後に再計画した生産計画を実行するように調整する生産システム。
2. 前記生産管理部は、再計画した生産計画を前記実生産部に与える場合は停止フラグを「ｏｎ」し、再開させる場合は前記停止フラグを「ｏｆｆ」し、
   前記実生産部は、前記停止フラグが「ｏｎ」した場合は現在実行中の生産計画は継続して実行すると共に次の生産計画を停止し、前記停止フラグが「ｏｆｆ」した場合は停止している次の生産計画を実行する請求項１に記載の生産システム。
3. 前記生産管理部は、前記生産設備の動作実績を時間に関連付けて定周期で記憶する記憶部（９）を備え、前記動作実績が前記定周期よりも短い間隔で変化した場合は、当該動作実績を時間に関連付けて前記記憶部に記憶する請求項１または２に記載の生産システム。
4. 前記生産管理部は、再計画した生産計画を前記実生産部に与える場合は、当該生産計画が管理者に承認されることを条件とする請求項１から３の何れか一項に記載の生産システム。
5. 前記生産管理部は、製品を仮想的に生産する生産計画をシミュレーションする生産シミュレータ（４）を備え、前記生産シミュレータにより生産計画を最適化する請求項１から４の何れか一項に記載の生産システム。
6. 前記生産管理部は、前記生産管理部が再計画した生産計画を登録すると共に前記生産設備の稼働状況をリアルタイムに収集するサーバ（２）を備え、前記サーバにより前記実生産部による生産計画の予実をリアルタイムで管理する請求項１から５の何れか一項に記載の生産システム。
7. 前記再計画の実施条件は、生産計画の予実が大きく乖離した場合、生産設備の稼働状態が著しく低下した場合、出荷計画に急な変更があった場合、定周期での実施の少なくも一つである請求項１から６の何れか一項に記載の生産システム。

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