JP7362104B2 - 生産計画策定装置、生産計画策定プログラム、および生産計画策定方法 - Google Patents

Description

本願発明は、複数台の加工装置を用い、製品を複数個生産する場合の生産計画を生成する生産計画策定装置、生産計画策定プログラム、および生産計画策定方法に関する。

従来、ＮＣ加工装置による加工では、指令するＮＣプログラムを予め作成する必要があり、ＮＣプログラムの作成にはＣＡＭソフトウェアが用いられている。既存のＣＡＭソフトウェアでは加工領域の設定、加工順序の指示、加工条件の設定など多くの作業が必要である。そこで、特許文献１に記載の技術のように、加工作業の順序を自動で導出する技術が提案されている。

また特許文献２に記載の技術のように、予め定められた加工作業の順序に基づき複数台の加工装置で加工作業を分担させ複数の製品を生産させる生産計画を自動的に策定する技術が提案されている。

特開２０１７－２１７７３５号公報 特開２０１３－０８４０３５号公報

ところが、単一の製品を対象として決定された加工作業の順序に基づき複数台の加工装置による複数個の製品を生産する生産計画を策定した場合、必ずしも適切な生産計画が得られるものではないことを発明者は見出すに至った。

本発明は発明者の知見に基づきなされたものであり、複数台の加工装置を用い複数個の製品を生産する際に最適な生産計画を策定することができる生産計画策定装置、生産計画策定プログラム、および生産計画策定方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである生産計画策定装置は、素材に対し複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を取得し、加工順序を変更することができる加工順序処理部と、得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を算出する時間算出部と、複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生成する生産計画部と、複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出する抽出部と、を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明の他の１つである生産計画策定プログラムは、素材に対し複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を取得し、加工順序を変更することができる加工順序処理部と、得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を算出する時間算出部と、複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生成する生産計画部と、複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出する抽出部と、を備える。

また、上記目的を達成するために、本発明の他の１つである生産計画策定方法は、素材に対し複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を加工順序処理部が取得し、また加工順序処理部が変更し、得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を時間算出部が算出し、複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生産計画部が生成し、複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出部が抽出する。

本発明によれば、複数台の加工装置により加工作業を分担させる場合に適した加工作業の順序に基づきより適切な生産計画を策定することが可能となる。

生産計画策定装置の機能構成を示すブロック図である。 一の加工順序における素材、製品、および、各除去領域を示す斜視図である。 工程設計システムが作成する順序ツリーを示す図である。 順序ツリーから選び出された一の加工順序を示す図である。 順序ツリーから選び出された他の加工順序を示す図であって、順序ツリーにおける上位階層と下位階層とを入れ替えた加工順序を示す図である。 図５に示す他の加工順序による各除去領域を示す斜視図である。 生産計画部が作成した生産計画を示す図である。

以下に、本発明に係る生産計画策定装置、生産計画策定プログラム、および生産計画策定方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、生産計画策定装置の機能構成を示すブロック図である。図２は、素材、製品、および、除去領域を示す斜視図である。生産計画策定装置１００は、金属や樹脂などからなる素材２００の一部を除去する加工作業を複数台の加工装置に割り振って実行させ、複数個の製品を生産するための生産計画を策定する装置であり、コンピュータにソフトウェア（プログラム）を実行させることで実現される装置である。また生産計画策定装置１００は、ＣＡＭ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）などの工程設計システム３０１から情報を取得し、取得した情報に基づき生産計画を策定する。なお、コンピュータとは、ＣＰＵ（中央処理装置）を備え、表示装置や入力装置などの入出力手段、メモリや外部記憶装置などの記憶手段など一般的な構成を備えた電子計算機である。図１に示す様に、生産計画策定装置１００は、加工順序処理部１１０と、時間算出部１２０と、生産計画部１３０と、抽出部１４０と、を備えている。

工程設計システム３０１は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）などにより作成された素材２００の形状、および製品２０１の形状に基づき、除去領域２０２を除去する加工作業の順序の可能性を幾何学的な制約条件に基づき限定し、階層構造で表された図３に示す順序ツリー４００を作成する。

具体的に例えば工程設計システム３０１は、実際の機械加工においては、大気に触れる面である開放面部を有する除去領域にのみ工具がアプローチすることが可能であることに基づき求められる幾何学的な制約条件により順序ツリー４００を作成する。図２に示した製品２０１の形状において、最初の素材２００の形状から加工が可能な除去領域は工具に接することができる第一除去領域２１０、第二除去領域２２０、および第三除去領域２３０に限定される。第四除去領域２１１、第五除去領域２１２は、第一除去領域２１０が加工により除去されると加工が可能となり、同様に第六除去領域２２１、第七除去領域２２２は第二除去領域２２０が加工により除去されると加工が可能となる。このように工具がアプローチすることが可能であるかどうかの幾何学的な制約条件を考慮すると、図４に示すような階層構造で表した順序ツリー４００を作成することができる。

また、工程設計システム３０１は、順序ツリー４００に基づき、加工工具の交換が少ないなどの条件に基づき加工作業の順序を決定することも可能である。

加工順序処理部１１０は、工程設計システム３０１から素材２００に対し複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を取得する。また、加工順序処理部１１０は、取得した加工順序を変更することも可能である。

具体的に例えば、加工順序処理部１１０は、図４に示すような１つの加工順序を工程設計システム３０１から取得する。また、加工順序処理部１１０は、図５に示すように、順序ツリー４００の階層を越えて加工順序を変更する。加工順序処理部１１０が加工順序を変更した場合、図６に示すように第四除去領域２１１、第五除去領域２１２は、第一除去領域２１０よりも先に加工作業が行われるため、図４に示す加工順序の場合より除去領域の体積は増加する。一方、第一除去領域２１０の体積は減少する。

本実施の形態の場合、加工順序処理部１１０は、順序ツリー４００において下位の階層にある除去領域を直上、またはさらに上の階層にある除去領域よりも先に加工作業を実施する様な加工順序の変更を実施する。また、変更は１回に限定されるわけではなく、複数回の変更が実施されてもよい。

時間算出部１２０は、加工順序処理部１１０によって得られた複数の加工順序のそれぞれに基づき各加工作業に要する時間である加工時間を算出する。例えば、図５に示す順序の場合の第四除去領域２１１の体積は、図４に示す順序の場合の第四除去領域２１１の体積よりも大きく加工量が大きくなるため、同じ加工装置に基づき算出される加工時間は長くなる。なお、図５に示す順序において後述の生産計画部１３０が第四除去領域２１１を除去する加工装置と、図４に示す順序において後述の生産計画部１３０が第四除去領域２１１を除去する加工装置とが異なる場合、時間算出部１２０は、それぞれの加工装置の能力に基づき各加工作業の加工時間を算出してもかまわない。

生産計画部１３０は、複数台の加工装置を用い、加工順序処理部１１０により得られる複数の加工順序に基づき製品２０１を複数個生産する場合の生産計画をそれぞれ生成する。生産計画部１３０は、時間算出部１２０によって算出される加工時間に基づき生産計画を生成する。

生産計画部１３０が実行するロジックは、特に限定されるものではなく、例えばジョブショップスケジューリングなどの周知の方法を用いることができる。特に、再帰的伝播法による分散型ジョブショップスケジューリングを採用することにより、加工順序の入れ替えによる時間の変更を適切に反映することができる。

具体的に例えば、全ての製品２０１について、図４に示す順序、つまり第一除去領域２１０の後に第四除去領域２１１、第五除去領域２１２を加工するという条件に基づき、生産計画部１３０は、図７に示すような第一生産計画を生成する。なお、図７において矩形の横幅は加工作業に必要な時間を示している。内部が空白の矩形部分は加工装置における段取り替えの時間を示している。策定された生産計画は、次の通りである。第一除去領域２１０、第二除去領域２２０は、Ａ加工装置が加工作業を実行し、第四除去領域２１１、第五除去領域２１２は、Ｂ加工装置が加工作業を実行する。この場合、最後の製品（図７では第二製品）の第一除去領域２１０の加工作業が終了した後に第四除去領域２１１、第五除去領域２１２の加工作業が実行されるため、総生産時間はＴ１となる。

また、生産計画部１３０は、いくつかの製品２０１、または全製品２０１について前回とは異なる加工順序に基づき第二生産計画を生成する。第二製品については、図５に示す順序、つまり第一除去領域２１０の前に第四除去領域２１１、第五除去領域２１２を先に加工作業を実行するという条件に基づき、生産計画部１３０は、第二生産計画を策定する。策定された生産計画は、Ａ加工装置において第一製品の第二除去領域２２０、第一除去領域２１０の加工作業を実行している間に、Ｂ加工装置において第二製品の第四除去領域２１１、第五除去領域２１２の加工作業を実行する計画である。この場合、第二製品の第四除去領域２１１、第五除去領域２１２は、図６に示すように第一生産計画の場合より加工する体積が大きくなるため、加工時間は比較的長くなるが、同時期に加工作業が実行されるＡ加工装置における第二除去領域２２０、第一除去領域２１０の加工時間よりも短くなるため、生産計画部１３０は第二生産計画を許容する。その結果、第二生産計画による総生産時間はＴ２となる。

上記のようにして、生産計画部１３０は、変更された加工順序、算出された加工時間に基づき複数個の生産計画を生成する。

抽出部１４０は、複数種類の加工順序に基づき生産計画部１３０が策定した複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出する。目標条件は、特に限定されるものではないが、例えば、全ての製品２０１を生産する時間である総生産時間が第一閾値以下である、加工装置の稼働率が第二閾値以上であるなどである。なお、目標条件としては、総生産時間、機械の稼働率の他に、滞留時間（製品２０１を１つ製造するために要する時間）が第三閾値以下、待ち時間（製品のための処理が行われていない時間）が第四閾値以下などでも良い。

例えば、目標条件が全ての製品２０１を生産する時間である総生産時間が最短であるとした場合、抽出部１４０は、第二生産計画における総生産時間Ｔ２よりも短い総生産時間となる生産計画が策定されない限り第二生産計画を抽出する。なお、目標条件によって抽出部１４０は、複数の生産計画を抽出する場合もある。

以上の実施の形態で示したように、生産計画策定装置１００によれば、複数個生産する製品２０１のうち少なくとも１つの製品２０１の加工作業の順序を入れ替えることにより、複数の生産計画を柔軟に策定することが可能となり、目標条件を満たす生産計画を抽出することが可能となる。具体的には、単一製品の加工においては非効率と思われる加工順序であっても、全体の生産計画を考慮した場合に生産性が高まる加工順序を採用して、より良い生産計画を策定することができる。

また、順序ツリー４００における上位階層と下位階層との入れ替えに伴う加工領域の体積の変化、加工を実行する加工装置の能力を考慮して生産計画を策定するため、高い精度で生産計画を策定することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、目標条件は、複数であっても良く、抽出部１４０は、複数の目標条件に合致する生産計画を抽出するなどしてもかまわない。

また、上記実施の形態においては、フライス盤を用いたエンドミル加工を想定して生産計画を策定する場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、加工装置のいくつか、または全てが旋盤であってもかまわない。また、加工装置は、工具自動交換装置を搭載していないような単機能の加工装置であってもかまわないが、工具自動交換装置を搭載した高機能加工装置であってもかまわないし、それらの組合せであってもかまわない。

また、生産計画策定装置１００と工程設計システム３０１とを別体として説明したが、工程設計システム３０１が生産計画策定装置１００に組み込まれていてもよい。

本発明は、複数台のＮＣ加工機などを用いて複数の製品を製造する際における生産計画の策定に利用可能である。

１００ 生産計画策定装置
１１０ 加工順序処理部
１２０ 時間算出部
１３０ 生産計画部
１４０ 抽出部
２００ 素材
２０１ 製品
２０２ 除去領域
２１０ 第一除去領域
２１１ 第四除去領域
２１２ 第五除去領域
２２０ 第二除去領域
２２１ 第六除去領域
２２２ 第七除去領域
２３０ 第三除去領域
３０１ 工程設計システム
４００ 順序ツリー

Claims (6)

1. 素材に対し除去領域を除去する加工作業の順序の可能性を幾何学的な制約条件に基づき限定し、階層構造で表された順序ツリー、および前記順序ツリーに基づき決定され、複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を取得し、前記順序ツリーにおいて下位の階層にある除去領域を直上、またはさらに上の階層にある除去領域よりも先に加工作業を実施する様に加工順序を変更することができる加工順序処理部と、
   得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を算出する時間算出部と、
   複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生成する生産計画部と、
   複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出する抽出部と、
   を備える生産計画策定装置。
2. 前記目標条件は、複数の製品を生産する時間である総生産時間が第一閾値以下である
   請求項１に記載の生産計画策定装置。
3. 前記目標条件は、前記加工装置の稼働率が第二閾値以上である
   請求項１に記載の生産計画策定装置。
4. 前記時間算出部は、
   前記加工装置の能力に基づき前記生産計画部により割り振られた各加工作業の加工時間を算出する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の生産計画策定装置。
5. 素材に対し除去領域を除去する加工作業の順序の可能性を幾何学的な制約条件に基づき限定し、階層構造で表された順序ツリー、および前記順序ツリーに基づき決定され、複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を取得し、前記順序ツリーにおいて下位の階層にある除去領域を直上、またはさらに上の階層にある除去領域よりも先に加工作業を実施する様に加工順序を変更することができる加工順序処理部と、
   得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を算出する時間算出部と、
   複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生成する生産計画部と、
   複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出する抽出部と、
   を備える生産計画策定プログラム。
6. 素材に対し除去領域を除去する加工作業の順序の可能性を幾何学的な制約条件に基づき限定し、階層構造で表された順序ツリー、および前記順序ツリーに基づき決定され、複数の加工作業を実施して所定の形状の製品を得るための加工作業の順序である加工順序を加工順序処理部が取得し、また加工順序処理部が前記順序ツリーにおいて下位の階層にある除去領域を直上、またはさらに上の階層にある除去領域よりも先に加工作業を実施する様に変更し、
   得られた前記加工順序に基づき各加工作業に要する時間である加工時間を時間算出部が算出し、
   複数台の加工装置を用い、前記加工順序に基づき前記製品を複数個生産する場合の生産計画を生産計画部が生成し、
   複数種類の加工順序に基づき得られた複数の生産計画から目標条件を満たす生産計画を抽出部が抽出する
   生産計画策定方法。

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