JP7283310B2 - 工程設計の支援装置、支援方法および支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、効率的な生産工程の設計に有用な支援装置等に関する。

製品の生産性は生産工程に大きく依存している。生産工程は、通常、複数の工程からなり、各工程は複数の作業からなる。作業数や工程数が膨大になると、人手のみで効率的な生産工程を設計することは困難となる。そこで、生産工程の設計を支援する装置（シミュレーション装置）が提案されており、例えば、下記の特許文献に関連する記載がある。

特開２００３－１５７２３号公報

特許文献１では、自動車の生産ライン（組立ライン）のように、ワークが搬送される１本のラインに沿って直列的に配置された多数のステージで、種々の組立作業が逐次なされるような場合を前提として、各ステージ毎に配置される各作業員の負担を平準化できる工程設計の支援装置を提案している。もっとも、特許文献１では、各作業員毎（つまり各工程毎）に割り振られる作業時間と歩行時間の合計時間を画面表示して、設計者が画面上で、それらの変更等を行えるようにしているに過ぎない。

本発明は、従来とは異なり、各工程内の無駄な空き時間を抑制した生産性に優れる生産工程全体を検討できる新たな工程設計の支援装置等を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、各工程内における無駄な空き時間の発生を抑止すると共に各工程間の所要時間を平準化できるように、各工程へ作業群を割り当てることを着想し、それを具現化した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《工程設計支援装置》
（１）本発明は、複数の作業を経て目的物を得る生産工程の設計を支援する工程設計支援装置であって、作業順序を考慮して、該複数の作業を直列的に配列する配列手段と、該配列後の作業を分割して並列化する並列化手段と、作業時間を考慮して、該並列化後の作業をグループ化するグループ化手段と、を備える工程設計支援装置である。

（２）本発明の工程設計支援装置（単に「支援装置」という。）によれば、各作業の特徴量である作業情報（作業順序、作業時間等）を考慮して、各作業が各工程に適切に割り振られ、各工程が生成される。本発明の支援装置を用いると、各工程内における無駄な空き時間（作業しない待ち時間）の発生を抑止しつつ、各工程間の所要時間が平準化された効率的な生産工程の提示が可能となる。このため、例えば、相互間で複雑に関連した多数の作業を経て得られる複雑な高付加価値製品等でも、生産性に優れた生産工程を効率的に検討できるようになる。

《工程設計支援方法》
本発明は工程設計の支援方法（単に「支援方法」という。）としても把握できる。つまり本発明は、複数の作業を経て目的物を得る生産工程の設計を支援する工程設計支援方法であって、作業順序を考慮して、該複数の作業を直列的に配列する配列ステップと、該配列後の作業を分割して並列化する並列化ステップと、作業時間を考慮して、該並列化後の作業をグループ化するグループ化ステップと、を備える工程設計支援方法でもよい。

《工程設計支援プログラム》
本発明は、上述した各ステップをコンピュータに実行させる工程設計支援プログラム（単に「支援プログラム」という。）としても把握できる。

《その他》
（１）本発明による生産工程の設計支援は、実際の作業（単に「実作業」という。）に対応して設定（データ化）された仮想の作業（解析モデル）に関して、数値解析（シミュレーション）を行うことによりなされる。このため本明細書でいう「作業」は、特に断らない限り、実作業を反映したデータ群からなる。具体的にいうと、「作業」は、識別子（番号、符号等）と、解析に必要な特徴量（「作業情報」という。）を有する。作業情報は、例えば、作業順序（情報）、作業時間（情報）、作業階層（情報）等である。

作業順序は、関連する作業間（例えば、隣接する作業間）における処理の先後（先行）または順序を指標する情報（「優先順位」という。）である。但し、全ての作業に作業順序が付与されていなくてもよい。つまり、作業順序が設定されていない作業もあり得る。

作業時間は、作業の着手から作業の完遂までに要する時間（所要時間）を指標する情報である。作業時間は、作業順序や作業者等により変動し易い時間が含まれないと好ましい。これにより、作業の割振りや組合せを自動的・機械的に行え、各工程内の待ち時間を極力抑制した効率的な生産工程の提示が可能となる。

なお、解析（シミュレーション）時の制約（拘束）条件となる作業情報は少ない方が、作業負担の平準化を図れる工程設計の自由度が高まる。このため、作業情報として、手戻り（作業のやり直し）を生じないようにするために不可欠な作業順序と、作業負担の平準化の算出に必要となる各作業時間とが少なくともあればよい。作業が処理されるべき段階（作業を完了させておくべき時間帯・時期）を指標する情報である作業階層や核となる作業を示す起点等は、作業負担の均等化、平準化した工程の生成等の処理中に、結果的に（自ずと）定まるもので足る。

（２）本発明による工程設計支援は、コンピュータと、そのコンピュータで実行させるプログラムとにより実現される。コンピュータは、通常、演算部（ＣＰＵ等）、記憶部（メモリー等）、表示部（ディスプレー等）、入力部（キーボード等）を備える。コンピュータは、孤立したものでも、通信網により連携されたもの（例えばサーバーとクライアント）でもよい。

本発明に係る各手段または各ステップは、通常、そのコンピュータで実行されるプログラムにより構成または実現される。本明細書でいう「～手段」と「～ステップ」は、本発明の対象（物の発明か方法の発明）に応じて相互に言換えることができる。「～手段」は「～部」、「支援装置」は「支援システム」と、それぞれ換言してもよい。また、連携した複数の装置（コンピュータ、記憶装置（サーバ等）、端末等）により構成される支援装置は、「支援システム」としても把握される。

上流側は、時系列的な先行を意味し、下流側は時系列的な後行を意味する。上流側または下流側は、各作業毎または各工程毎に判断される。

（３）工程設計の対象である目的物は、最終製品の他、中間製品（半製品や仕掛品）等でもよい。本明細書では、説明の便宜上、最下流の作業後に得られる目的物を「完成品」といい、最下流と最上流の間にある作業でに得られる物を「中間品」という。各作業の内容は問わず、部品の組立てや接合等の他、原材料の製造等でもよい。

仮想事例の作業内容を例示した模式図である。 作業情報を例示するリストである。 工程設計支援の処理手順を例示するフローチャートである。 作業の再配列処理を例示した模式図である。 作業を直列的に表示した作業樹状図である。 作業の並列化処理を例示した作業樹状図である。 作業を並列化して再構成した作業樹状図の一例である。 作業を並列化して再構成した作業樹状図の他例である。 並列化した作業から工程を生成する様子を例示した作業樹状図である。

上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、工程設計の支援装置（システム）のみならず、その支援方法や支援プログラム等にも適宜該当する。

《配列手段／配列ステップ》
配列手段（ステップ）は、関連する作業間に設定される作業順序を考慮して、複数の作業を直列的に配列する。最初に取り込まれた各作業の並び（初期配列）が適切な作業順序でないとき、予め設定されている作業順序（優先順位）に沿って、各作業が並び替え（再配列）がなされる。

各作業の並び替えは、例えば、複数の作業を行列配置したテーブル（マトリックス）を、関連する作業間の優先順位に基づいてパーテショニングしてなされる。具体的にいうと、各作業（識別子）を「行」と「列」にそれぞれ配置し、設定されている作業順序に反する行または列が入れ替えられる。こうして得られた再配列後の行（上方→下方）または列（左方→右方）に沿った順番は、各作業を順に処理可能な順番（手直し（手戻り）の不要な順番）となる。こうして各作業は、作業順序に沿った順番で、直列的（または系統的）に配列される。

《並列化手段／並列化ステップ》
並列化手段（ステップ）は、直列的に配列された作業を分割して並列化する。なお、通常、作業の直列的な配列は上流側からなされるが、作業の並列化は下流側からなされる。

単列に連なる多数の作業が、複列化されることにより、作業の偏重が解消され、効率的な生産工程の設計が可能となる。このため並列化は、作業の偏りを検出して、作業負荷が均等化されるように系統的になされるとよい。なお、並列数は問わない。上流側にいくほど、並列数が増加してもよいし、並列数が一定でもよい。生産ライン、生産ステージ等を考慮して、並列数は調整され得る。

《グループ化手段／グループ化ステップ》
グループ化手段（ステップ）は、並列化された作業の一つ以上を、作業時間を考慮して、グループ化する。一グループ（作業群）を一工程としてもよいし、複数のグループを一工程としてもよい。いずれにしても、並列する各工程（同階層に属する各工程）に属する作業群の合計作業時間がほぼ同じになるように、グループから工程が生成されるとよい。これにより、各工程内における空き時間（無駄時間、待ち時間）を少なくでき、各工程間が処理時間に関して平準化される。

グループの生成または工程の生成は、少なくとも、手戻りを生じない範囲で、作業時間の合計の平準化がなされればよい。その過程で、所定の作業を起点（核）とする作業群（工程）が生成されてもよい。なお、本明細書でいう作業群には、作業が単数の場合も含まれる。

《表示手段》
作業、グループ（作業群）、工程または各内容等は、樹状図として表示されるとよい。これにより、作業者（設計者）は、検討している生産工程を視覚的または直感的に把握できる。表示手段は、少なくともグループ化された作業群を、上流側から下流側に向かって収束する樹状図により系統的に表示されるとよい。グループ生成後または工程生成後のみならず、複数の作業の直列的な配列や並列化等も樹状図として表示されるとよい。

本発明に係る工程設計の支援装置（システム）を説明するための仮想事例（モデル）を示しつつ、本発明をより具体的に説明する。

《装置構成》
本実施例に係る支援装置（システム）は、コンピュータと、そのコンピュータ上で実行されるプログラムとにより構成される。コンピュータは、演算部（ＣＰＵ等）、データやプログラムを一時的または長期的に保存する保存部（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶装置）、表示部（ディスプレー等）、入出力部（キーボード、マウス、通信インターフェース等）などを備える。コンピュータは、専用機でも汎用機（パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等）でもよい。プログラムは、コンピュータに一時的または長期的にインストールされて、後述する工程設計の支援方法に係る各ステップを実行する。なお、本発明に係る各手段は、各ステップを実行するプログラム部分により構成される。

《モデル》
モデルとして、図１に例示すように、多数の作業（例えばａ～ｇ）から抽出した単数または複数の作業を、割り振った工程からなる組立工程（生産工程）を設計する場合を考える。このときの工程設計は、例えば、図２に例示すような作業リストに示す作業情報を考慮してなされる。作業リストは、各作業を特定する識別子である作業ＩＤと各作業の作業時間、関連する作業間の優先順位（作業順序）を含む。なお、各作業間の優先順位毎に条件ＩＤが付与されている。作業時間は、各作業自体の処理だけに必要な時間である。

作業間の優先順位は必要に応じて規定される。逆にいうと、順序（先後）を逆にしても「手戻り」を生じない作業間では、優先順位が規定されていない。「手戻り」とは、作業間の順序（先後）が、本来と逆であるために、後の作業を行うときに、先の作業後の状態の手直しや修正等が必要になることをいう。

本実施例の作業リストでは、作業間の優先順位を、不等号（＞）を用いて「（先行作業のＩＤ）＞（後行作業のＩＤ）」のように示した。例えば、作業ａが作業ｂに優先するときは「ａ＞ｂ」と示される。

《工程設計》
支援装置により工程設計がなされるときの処理手順（フローチャート）を図３に例示した。上述した仮想事例を参照しつつ、工程設計支援に係る各手順（ステップ）について詳述する。

（１）作業情報の取得
ステップＳ１で、工程設計に必要となる情報が格納されているデータベースから、図２に示すような作業リストに示された作業情報を取得する。作業情報は、工程設計専用に入力されたデータでもよいし、設計データや生産管理データ等から読み込まれたデータでもよい。

（２）作業の配列
ステップＳ１で取得された各作業情報は、本来の作業順に配列されているとは限らない。例えば、図２に示した作業リストでは、各作業ＩＤが、本来の作業順（ｂ→ｃ、ｅ→ｆ）とは異なる作業順（ｃ→ｂ、ｆ→ｅ）で、上方から下方に配列されている。そこで、ステップＳ２で、各作業を「手戻り」なく行える順序に直列的に並び替える。この処理は、例えば、図４に示すようにしてなされる。

先ず、図４（Ａ）に示すように、ステップＳ１で取得した各作業ＩＤを、初期設定（入力）のまま、「行」と「列」に表示したテーブル（マトリックス）を作成する。作業リスト（図２）に基づいて、図４（Ａ）に示す「列」にある作業ＩＤと交差する他の各作業ＩＤとの間で、優先順位の設定の有無を順に確認する。作業間に優先順位の設定があるとき、フラグ「１」を立てる。例えば、作業ｂがある列を行の上方から下方へみていくと、優先順位が設定されている作業ｃと交差するところにフラグ「１」を立てる。同様の処理を、他の列に記載した作業についても行う。これにより、全作業について、関連する作業間の優先順位がマトリックスに示される。

次に、図４（Ｂ）に示すように、フラグ「１」が、そのマトリックスの対角よりも左下に示されるように、行と列を入れ替えるパーティショニング処理を行う。こうして更新されたマトリックスの「行」を上方から下方へ順にみると、その配列順が手戻りのない作業順となる。こうして得られた作業順に基づいて、上流側（先行側／図５の下方側）から順に各作業を直列的に表示すると（表示ステップ）、図５に示すような作業樹状図が得られる。

（３）作業の並列化
ステップＳ２で得られた配列順に沿った作業樹状図（図５）は偏重である。そこで、ステップＳ３で、直列的な作業を分割して並列化する。これにより、複数の作業を並行して行う効率的な生産工程の提案が可能となる。並列化処理は、例えば、図６に示すようにしてなされる。

作業の並列化は、下流側（後行側／図５の上方側）から順に、分岐できる作業を選択して切り取り、上流側の作業を下流側へ移動（繰り上げ）してなされる。分岐できる作業の選択および分岐は、少なくとも、作業リスト（図２）に示した優先順位（作業間の関連性）を考慮してなされる。

直列的な各作業の並列化により再構成した作業樹状図を図７Ａと図７Ｂに例示した。図７Ａに示した作業樹状図では、図５に示した作業樹状図が下流側から分岐されて、上流側から順に、各作業が４並列化（第１階層）、２並列化（第２階層）および単列化（第３階層）されている。各階層に属する各作業は、ほぼ同じ所要時間となるように、均等化（平準化）されている。

図７Ｂに示した作業樹状図は、図７Ａに示した作業樹状図を変形してなる。つまり、上流側から順に、各作業が３階層構造の２並列化および単階層構造の単列化されてなる。図７Ａに示す作業樹状図に沿った生産工程では、最上流側の４つの作業が並列的になされるため、生産工程に要する全体的な所要時間の短縮が図られる。図７Ｂに示す作業樹状図に沿った生産工程では、上流側の各作業が２並列的になされるため、生産に必要なラインまたはステージが２系統ですむ。つまり、設備費用の抑制や稼働率の向上を図れる生産工程の設計が可能となる。

（４）工程生成
同階層にある並列した工程（作業群）間の所要時間がほぼ同じであると、待ち時間の発生を抑止でき、効率的な生産工程の設計が可能となる。そこでステップＳ４では、並列化した各作業を、それらの所要時間を考慮して、所望のタクトタイムに収まる作業群（作業は単数でも可）にグループ化し、得られた作業群毎に工程を生成する。

作業のグループ化や工程は、図８に示すように、各作業の所要時間を考慮して生成される。この処理過程中に、各グループまたは各工程を構成する作業群中の少なくとも一つの作業が起点として定まる。

こうして本実施例のような支援装置により工程設計を行うと、効率的な生産工程がほぼ自動的に提案され、生産工程の設計、検討を効率的に行うことが可能となる。

Claims (6)

1. コンピュータ上で実行され、複数の作業を経て目的物を得る生産工程の設計を支援する工程設計支援装置であって、
   作業順序を考慮して、該複数の作業を直列的に配列する配列手段と、
   該配列後の作業を分割して並列化する並列化手段と、
   作業時間を考慮して、該並列化後の作業をグループ化するグループ化手段とを備え、
   該配列手段は、該複数の作業を行列配置したテーブルを、関連する作業間の優先順位に基づいてパーテショニングし、
   該並列化手段は、上流側から直列的に配列された作業を、下流側から分割して並列化する工程設計支援装置。
2. さらに、少なくとも前記グループ化された作業群を、上流側から下流側に向かって収束する樹状図により表示する表示手段を備える請求項１に記載の工程設計支援装置。
3. 前記グループ化手段は、所定の作業を起点として作業群を生成する請求項１または２に記載の工程設計支援装置。
4. コンピュータ上で実行され、複数の作業を経て目的物を得る生産工程の設計を支援する工程設計支援方法であって、
   作業順序を考慮して、該複数の作業を直列的に配列する配列ステップと、
   該配列後の作業を分割して並列化する並列化ステップと、
   作業時間を考慮して、該並列化後の作業をグループ化するグループ化ステップとを備え、
   該配列ステップは、該複数の作業を行列配置したテーブルを、関連する作業間の優先順位に基づいてパーテショニングし、
   該並列化ステップは、上流側から直列的に配列された作業を、下流側から分割して並列化する工程設計支援方法。
5. 前記グループ化ステップは、所定の作業を起点として作業群を生成する請求項４に記載の工程設計支援装置。
6. 請求項４または５に記載の各ステップをコンピュータに実行させる工程設計支援プログラム。

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