JP7446952B2 - 生産計画の作成方法、生産システム - Google Patents

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Description

本発明は、生産計画の作成方法、および生産システムに関する。
工業製品を生産する製造ラインは、高い生産性を維持することが求められる。特許文献1には、製造ラインを生産設備とこの生産設備の自動運転制御を行う製造実行システムとで構成する工場において、少なくとも前記生産設備の稼働データと被生産物であるワークの進行データとを含む生産データの取得を行う生産データ取得手段と、前記生産データに基づき前記製造ラインでの生産性悪化要因を前記生産設備と前記ワークとに分けて検知する生産性悪化検知機能と、生産性悪化要因と生産性改善のための対策とを関連づけて記憶している記憶手段を前記生産性悪化検知機能が検知した生産性悪化要因に基づき検索し対応する適切な対策を選択する生産性診断機能と、前記生産性診断機能が選択した生産性改善対策の実行を前記製造ラインで混乱が生じない形で前記製造実行システムに指示する生産性改善対策実行機能と、を備えたことを特徴とする生産状況改善システムが開示されている。
特開2006-343838号公報
特許文献1に記載されている発明では、少量多品種の生産において改善の余地がある。
本発明の第1の態様による生産計画の作成方法は、コンピュータが実行する、複数種類の生産品を複数の工程を経て生産する生産計画の作成方法であって、前記工程のそれぞれは前記生産品の種類にあわせて設定変更が必要であり、前記複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読み込み工程と、前記複数種類の生産品を生産する順番の決定において、前記設定変更に要する時間が長い工程に対応する前記生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定工程と、前記設定工程において設定した前記優先度に基づき並べ替えを行い、前記複数種類の生産品を生産する順番を決定する決定工程とを含み、前記生産品は電子基板であり、前記生産品の仕様には、前記電子基板に使用するはんだの種類、前記電子基板の幅、および前記電子基板に実装する部品が含まれ、前記設定工程では、前記電子基板に使用するはんだの種類の優先度を前記電子基板の幅の優先度よりも高く設定し、前記電子基板の幅の優先度を前記電子基板に実装する部品の優先度よりも高く設定する
本発明の第2の態様による生産システムは、複数種類の生産品を複数の工程を経て生産する生産システムにおいて、前記工程のそれぞれは前記生産品の種類にあわせて設定変更が必要であり、前記複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読込部と、前記複数種類の生産品を生産する順番の決定において、前記設定変更に長い時間を有する工程に対応する前記生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定部と、前記設定部が設定した前記優先度に基づき並べ替えを行い、前記複数種類の生産品を生産する順番を決定する決定部と、前記決定部が決定した順番にしたがって、前記生産品を生産する製造ラインと、を備え、前記生産品は電子基板であり、前記生産品の仕様には、前記電子基板に使用するはんだの種類、前記電子基板の幅、および前記電子基板に実装する部品が含まれ、前記設定部は、前記電子基板に使用するはんだの種類の優先度を前記電子基板の幅の優先度よりも高く設定し、前記電子基板の幅の優先度を前記電子基板に実装する部品の優先度よりも高く設定する
本発明によれば、少量多品種の生産において効率的な生産計画を作成できる。
生産システムの構成図 演算装置の機能構成図 製造物リストの一例を示す図 生産計画の一例を示す図 演算装置の動作説明図 ユーザ端末における追加操作画面を示す図 第2の実施の形態における設定部の動作を示すフローチャート
―第1の実施の形態―
以下、図1~図6を参照して、生産計画の作成方法および生産システムに係る第1の実施の形態を説明する。なお本実施の形態では、生産システムの生産品を電子基板として具体的な実施の形態を説明するが、本発明の適用対象は電子基板の生産システムに限定されない。
(構成)
図1は、生産システムSの構成図である。生産システムSは、演算装置1と、ユーザ端末2と、製造ライン3とを含む。
演算装置1は、中央演算装置であるCPU11と、読み取り専用の記憶装置であるROM12と、読み書き可能な記憶装置であるRAM13と、製造ライン3およびユーザ端末2と通信する通信部14と、入出力部15と、記憶部16とを備える。CPU11は、ROM12に格納されるプログラムをRAM13に展開して実行することで後述する機能を実現する。RAM13には、製造物リストL1および生産計画L2が格納される。製造物リストL1は外部から入力され、生産計画L2は後述する処理により製造物リストL1を用いて作成される。
通信部14は、たとえばIEEE802.3に対応する通信モジュールである。入出力部15は、マウス、キーボード、およびディスプレイである。入出力部15は、いわゆるユーザインタフェースであり、ユーザへの情報出力およびユーザからの指令の受付を行う。記憶部16は、不揮発性の記憶装置、たとえばハードディスクドライブである。記憶部16には、あらかじめ作成された情報である優先情報L3が格納される。優先情報L3は、生産計画L2の作成の際に参照される。
ユーザ端末2は、ユーザ端末演算部21と、ユーザ端末通信部24と、ユーザ端末入出力部25とを備える。ユーザ端末演算部21はたとえば不図示のプロセッサにより実現され、ユーザ端末2を操作するユーザ、すなわち人間の指令をユーザ端末通信部24を介して演算装置1に伝達する。ユーザ端末通信部24は、たとえばIEEE802.3に対応する通信モジュールであり、演算装置1と通信する。ユーザ端末入出力部25は、いわゆるユーザインタフェースであり、ユーザへの情報出力およびユーザからの指令の受付を行う。
製造ライン3には、印刷装置31と、表面実装部品搭載機32と、リフロー装置33とが含まれる。製造ライン3における電子基板の製造は、最初に印刷装置31による処理が行われ、次に表面実装部品搭載機32、そして最後にリフロー装置33による処理が行われる。
印刷装置31は、ソルダーペーストを電子基板上に塗布する印刷工程を実行する。本実施の形態では、ソルダーペーストには、鉛フリーはんだ、および共晶はんだの2種類が用いられる。いずれのはんだを用いるかは、電子基板の型番ごとに予め定められている。すなわち印刷装置31は、処理対象の電子基板の型番にあわせて、使用するはんだの種類を変更する必要がある。
表面実装部品搭載機32は、電子基板の表面に部品を実装する実装工程を実行する。より具体的には、印刷工程において塗布したソルダーペーストに対して電子部品の端子が接触するように電子部品を配置する。実装する電子部品は電子基板の型番ごとに予め定められている。すなわち表面実装部品搭載機32は、処理対象の電子基板の型番にあわせて、実装する電子部品を変更する必要がある。
リフロー装置33は、はんだを溶解して電子部品を接合する接合工程を実行する。より具体的には、リフロー装置33に内蔵されるヒータを用いて、印刷工程において塗布されたソルダーペーストを加熱して溶解し、電子部品を接合する。はんだの種類ごとに最適なヒータの温度が異なる。前述のように電子基板の型番ごとにはんだの種類が異なるので、電子基板の型番にあわせてヒータの設定温度を変更する必要がある。
印刷装置31、表面実装部品搭載機32、およびリフロー装置33は、いずれも電子基板を移載するコンベアを内蔵する。それぞれのコンベアは、処理対象とする電子基板の幅にあわせて調整する必要がある。以上説明したように、製造ライン3は電子基板の型番ごとに異なる、使用するはんだの種類、搭載する部品、電子基板の幅に対応して変更する必要がある。
(動作の概要)
図2は、演算装置1の機能構成図である。演算装置1は、読込部111と、設定部112と、決定部113とを備える。読込部111は、通信部14および入出力部15の少なくとも一方を利用して実現され、製造物リストL1、生産計画L2、および優先情報L3を読み込む。設定部112および決定部113は、前述のCPU11を利用して実現される。設定部11は、設定変更に長い時間を有する工程に対応する電子基板の仕様ほど高い優先度を設定する。ただし本実施の形態では、設定部11は優先情報L3に記載されている通りに優先度を設定する。
決定部113は、設定部112が設定した優先度に基づき並べ替えを行い、複数種類の電子基板を生産する順番を決定する。本実施の形態では具体的には、決定部113は生産計画L2を作成する。この生産計画L2は製造ライン3に送られ、製造ライン3では生産計画L2に基づいて生産が実行される。
演算装置1には、これから製造ライン3において製造される電子基板の仕様が含まれるリストである製造物リストL1が通信部14または入出力部15を介して入力される。たとえば製造物リストL1は、オペレータがキーボードを用いて入力してもよいし、ネットワークを通じて入力されてもよい。製造物リストL1には製造する製造物の型番の一覧、および製造物の型番ごとの仕様が含まれる。製造物の仕様は、製造工程の特徴とも言い換えることができる。製造工程の特徴には、製造工程で使用するはんだの種類、電子基板の幅、および製造工程で実装すべき電子部品の識別子が含まれる。
演算装置1は、製造物リストL1を用いて後述する手順により生産計画L2を作成し、生産計画L2をユーザ端末2および製造ライン3に出力する。生産計画L2には、少なくとも電子基板の製造順番を示す情報が含まれる。たとえば生産計画L2が単方向リストであり生産する順番に電子基板の型番が記載されてもよいし、生産計画L2に電子基板の型番と製造する順番とが関連付けて保存されてもよい。
ユーザは、演算装置1から送信されてユーザ端末入出力部25に表示される生産計画L2を確認し、必要に応じて修正する。ユーザにより修正された生産計画L2は演算装置1に送信され、演算装置1は修正された生産計画L2を改めて製造ライン3に送信する。
図3は、製造物リストL1の一例を示す図である。製造物リストL1は複数のレコードから構成され、各レコードは型番L11、鉛フリーL12、幅L13、および実装部品L14のフィールドを有する。製造物リストL1における各レコードの並び順に特に意味はなく、順番は不問である。型番L11には、電子基板の型番が格納される。鉛フリーL12には、電子基板に使用するはんだが鉛フリーか否かを示す情報が格納される。図3に示す例では、鉛フリーはんだを使用する電子基板のレコードには「YES」が、共晶はんだを使用する電子基板のレコードには「NO」が格納される。
幅L13には、そのレコードの電子基板の幅を示す情報、たとえばmm単位の数値が格納される。実装部品L14には、そのレコードの電子基板に実装する部品を示す情報が格納される。実装部品L14はそれぞれの部品の識別子、たとえば名称が格納されるサブフィールドを有し、部品ごとに使用の有無を示す「YES」または「NO」が格納される。ただし実装部品L14には、部品ごとのフィールドを設ける代わりに、使用する部品の識別子を列挙して格納してもよい。
図4は、生産計画L2の一例を示す図である。生産計画L2は複数のレコードから構成され、各レコードは製造順L20、型番L21、鉛フリーL22、幅L23、および実装部品L24のフィールドを有する。製造順L20には、そのレコードの電子基板の製造順番を示す情報が格納される。型番L21、鉛フリーL22、幅L23、および実装部品L24のフィールドは、製造物リストL1における型番L11、鉛フリーL12、幅L13、および実装部品L14のフィールドと同様なので説明を省略する。
生産計画L2はいわば、製造物リストL1の各レコードを並び替えて製造順L20のフィールドを追加したものである。製造順L20のフィールドに格納される順番は、図4に示す例では上から下に向かって、1から始まる連番なので詳細な説明は不要である。以下では、生産計画L2の作成において製造物リストL1の各レコードをどのように並び替えるかを説明する。
(演算装置の処理)
図5は、演算装置1の動作説明図である。演算装置1は、まずステップS301において、読込部111が、製造物リストL1および優先情報L3を読み込む。前述のとおり、製造物リストL1はそれぞれの電子基板の仕様が記載されている。なお以下では、ステップS301を読み込み工程とも呼ぶ。続くステップS302では、設定部112が優先情報L3の記載に従って、仕様の優先度を設定する。なお以下では、ステップS301を設定工程とも呼ぶ。
そしてステップS303では決定部113が、設定部112が設定した仕様の優先度に従って、製造物リストL1の各レコードを段階的に並べ替えを行い、生産計画L2を作成する。すなわち最優先を鉛フリーL12の値、次の優先を幅L13の値、最後を実装部品L14の一致率とする優先順位で並べ替えを行う。並べ替えは、降順および昇順のいずれでもよい。なお以下では、ステップS303を決定工程とも呼ぶ。そしてステップS304において演算装置1は、作成した生産計画L2をユーザ端末2および製造ライン3に送信して図5に示す処理を終了する。
図4に示す例では、鉛フリーL22を最優先として並び替えが行われたので、製造順L20が1~8のレコードは全て鉛フリーL22が「YES」、製造順L20が9以降は全て鉛フリーL22が「NO」である。幅L23を2番目の優先順位として並び替えが行われたので、製造順L20が1~8、9~12のそれぞれの範囲では幅L23の値が同一のレコードは製造順L20の値が連続している。幅L23が同一であるレコード同士の並びは、実装部品L24において使用される旨の記載がある部品の一致率が最も高くなるように決定される。
(追加操作)
図6は、ユーザ端末2における追加操作画面900を示す図である。追加操作画面900は、演算装置1が作成した生産計画L2に対してユーザが追加操作を行うための画面である。追加操作画面900には、演算装置1が作成した生産計画901と、挿入操作欄910と、削除操作欄920とが含まれる。生産計画901は図4を参照して説明したとおりなので説明を省略する。
挿入操作欄910には、順位記入欄911と、型番記入欄912と、実行ボタン913とが含まれる。ユーザは、キーボードやマウスを用いてこれらの操作を行う。たとえばユーザが順位記入欄911に「8」を入力し、型番記入欄912に「XYZ」を入力し、実行ボタン913を押した場合には、製造順「9」に型番「XYZ」が挿入され、図6に示す製造順「9」以下は順番が「1」ずつ繰り下がる。なお型番「XYZ」の電子基板の仕様はユーザが不図示の入力画面から入力してもよいし、演算装置1またはユーザ端末2が外部から読み込んでもよい。
削除操作欄920には、順位記入欄921と、実行ボタン923とが含まれる。ユーザは、キーボードやマウスを用いてこれらの操作を行う。たとえばユーザが順位記入欄921に「5」を入力し、実行ボタン923を押した場合には、図6に示す製造順「5」のレコードが削除され、製造順「6」以降のレコードの順番が「1」ずつ繰り上がる。
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)本実施の形態において説明した生産計画L2の作成方法は、コンピュータである演算装置1が実行する、複数種類の生産品、すなわち電子基板を複数の工程を経て生産する生産計画L2の作成方法である。工程のそれぞれは生産品の種類にあわせて設定変更が必要である。この生産計画L2の作成方法は、複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読み込み工程(図5のS301)と、複数種類の生産品を生産する順番の決定において、設定変更に長い時間を有する工程に対応する生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定工程(図5のS302)と、設定工程において設定した優先度に基づき並べ替えを行い、複数種類の生産品を生産する順番を決定する決定工程(図5のS303)とを含む。そのため、少量多品種の生産において効率的な生産計画を作成できる。
(2)本実施の形態における生産品は電子基板である。電子基板の仕様を含む製造物リストL1には、図3に示すように電子基板に使用するはんだの種類、電子基板の幅、および電子基板に実装する部品が含まれる。設定工程では、電子基板に使用するはんだの種類の優先度を電子基板の幅の優先度よりも高く設定し、電子基板の幅の優先度の優先度を電子基板に実装する部品の設定度よりも高く設定する。そのため、ハードウエアの特徴に合わせて生産計画L2を作成することができる。
(3)決定工程では、優先度に基づき段階的に順番を決定する。そのため、簡易な演算により順番を決定することができる。
(4)生産システムSは、複数種類の生産品を複数の工程を経て生産する。この工程のそれぞれは生産品の種類にあわせて設定変更が必要である。生産システムSは、複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読込部111と、複数種類の生産品を生産する順番の決定において、設定変更に長い時間を有する工程に対応する生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定部112と、設定部が設定した優先度に基づき並べ替えを行い、複数種類の生産品を生産する順番、すなわち生産計画L2を決定する決定部113と、決定部113が決定した生産計画L2にしたがって、生産品を生産する製造ライン3と、を備える。そのため生産システムSは、少量多品種の生産に適した生産計画L2を決定し、少量多品種の電子基板を効率よく生産できる。
(変形例1)
上述した第1の実施の形態では、優先情報L3に従って段階的に順番が決定された。しかし、段階的な並べ替えを行う代わりに、全体最適化を行ってもよい。たとえば、前述の優先順位は維持したままで、部品の一致率が幅L23が異なる製品同士でも高くなるように順番を並べ替えてもよい。
たとえば第1の実施の形態で図4に示した例において、幅が同一の「BCDE」、「JKL123」、「ABC123」の3つの部品一致率だけを考慮するのではなく、「MN987」および「PQR234」との部品一致率も考慮して順番を決定してもよい。この場合に、「BCDE」と「MN987」との部品一致率が高ければ、製造順の「1」と「3」とが入れ替わる。この変形例1によれば、より効率の良い生産計画を作成できる。
(変形例2)
上述した実施の形態では、電子基板の生産設備における生産計画の作成方法を説明した。しかし、複数種類の生産品を複数の工程を経て生産するあらゆる生産計画に対して、第1の実施の形態と同様の生産計画の作成方法を適用してもよい。たとえば板金加工は、使用する金属の種類、溶接の有無、曲げ加工の種類や回数、使用する治具の種類などが生産品の仕様に該当する。また塗装では、塗装に使用する塗料の種類、上塗りの回数、被塗装物の位置決め治具の有無などが生産品の仕様に該当する。
(変形例3)
生産システムSは、ユーザ端末2を備えなくてもよい。また、演算装置1が作成した生産計画L2は、演算装置1が有する入出力部15を用いて表示してもよい。
―第2の実施の形態―
図7を参照して、生産計画の作成方法および生産システムに係る第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、優先情報を作成する点で、第1の実施の形態と異なる。
図7は、第2の実施の形態において演算装置1が実行する優先情報作成処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、図7に示す処理が図5のステップS302の代わりに実行される。ステップS501では読込部111は、製造ライン3における過去の生産実績を読み込む。この生産実績には、生産した電子基板ごとに、型番、時刻、型番の仕様、仕様の相違に基づく設定変更が行われたタイミングの情報が含まれる。
続くステップS502では設定部112は、設定変更に要する時間を算出する。たとえば、過去の生産実績から使用するはんだの変化による設定変更が行われたタイミングを特定し、そのタイミングの前後における生産のダウンタイムをはんだ種の変更に要する時間とする。続くステップS503では設定部112は、仕様ごとに設定変更が生じる頻度を算出する。具体的には、生産する電子基板の仕様が変化する回数と設定変更が行われた回数の比率を算出する。たとえば実装する部品が40回変化し、設定変更が8回行われた場合には、頻度は「0.2」と算出される。
続くステップS504では設定部112は、仕様が変化するごとの設定変更に要する時間の期待値を算出する。たとえば、はんだ種の変更にともなう設定変更が「20分」、実装部品の変更に伴う設定変更が「30分」の場合に、はんだ種の変更による設定変更の頻度が「1.0」、実装部品の変更による設定変更の頻度が「0.2」であれば、期待値はそれぞれ「20分」と「6分」と算出される。続くステップS505では設定部112は、期待値の大きさに基づき優先情報を作成する。たとえば先ほどの例では、はんだ種は「20分」、実装部品は「6分」なので、長い時間を要するはんだ種の優先度を実装部品よりも高く設定する。
上述した第2の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(5)設定工程において、設定変更に要する時間は、生産品の生産の順番において仕様が変化するたびの設定変更を行う時間の期待値である。そのため、過去の生産実績を用いて第1の実施の形態における優先情報L3を作成することができる。
上述した各実施の形態および変形例において、機能ブロックの構成は一例に過ぎない。別々の機能ブロックとして示したいくつかの機能構成を一体に構成してもよいし、1つの機能ブロック図で表した構成を2以上の機能に分割してもよい。また各機能ブロックが有する機能の一部を他の機能ブロックが備える構成としてもよい。
上述した各実施の形態および変形例において、プログラムは不図示のROMに格納されるとしたが、プログラムは記憶部16に格納されていてもよい。また、必要なときに通信部14または入出力部15が利用可能な媒体を介して、他の装置からプログラムが読み込まれてもよい。ここで媒体とは、例えば入出力インタフェースに着脱可能な記憶媒体、または通信媒体、すなわち有線、無線、光などのネットワーク、または当該ネットワークを伝搬する搬送波やディジタル信号、を指す。また、プログラムにより実現される機能の一部または全部がハードウエア回路やFPGAにより実現されてもよい。
上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
1…演算装置
3…製造ライン
11…設定部
14…通信部
15…入出力部
16…記憶部
31…印刷装置
32…表面実装部品搭載機
33…リフロー装置
111…読込部
112…設定部
113…決定部
L1…製造物リスト
L2…生産計画
L3…優先情報
S…生産システム

Claims (4)

  1. コンピュータが実行する、複数種類の生産品を複数の工程を経て生産する生産計画の作成方法であって、
    前記工程のそれぞれは前記生産品の種類にあわせて設定変更が必要であり、
    前記複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読み込み工程と、
    前記複数種類の生産品を生産する順番の決定において、前記設定変更に要する時間が長い工程に対応する前記生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定工程と、
    前記設定工程において設定した前記優先度に基づき並べ替えを行い、前記複数種類の生産品を生産する順番を決定する決定工程とを含み、
    前記生産品は電子基板であり、
    前記生産品の仕様には、前記電子基板に使用するはんだの種類、前記電子基板の幅、および前記電子基板に実装する部品が含まれ、
    前記設定工程では、前記電子基板に使用するはんだの種類の優先度を前記電子基板の幅の優先度よりも高く設定し、前記電子基板の幅の優先度を前記電子基板に実装する部品の優先度よりも高く設定する、生産計画の作成方法。
  2. 請求項1に記載の生産計画の作成方法において、
    前記決定工程では、前記優先度に基づき段階的に順番を決定する、生産計画の作成方法。
  3. 複数種類の生産品を複数の工程を経て生産する生産システムにおいて、
    前記工程のそれぞれは前記生産品の種類にあわせて設定変更が必要であり、
    前記複数種類の生産品のそれぞれの仕様を読み込む読込部と、
    前記複数種類の生産品を生産する順番の決定において、前記設定変更に長い時間を有する工程に対応する前記生産品の仕様ほど高い優先度を設定する設定部と、
    前記設定部が設定した前記優先度に基づき並べ替えを行い、前記複数種類の生産品を生産する順番を決定する決定部と、
    前記決定部が決定した順番にしたがって、前記生産品を生産する製造ラインと、を備え、
    前記生産品は電子基板であり、
    前記生産品の仕様には、前記電子基板に使用するはんだの種類、前記電子基板の幅、および前記電子基板に実装する部品が含まれ、
    前記設定部は、前記電子基板に使用するはんだの種類の優先度を前記電子基板の幅の優先度よりも高く設定し、前記電子基板の幅の優先度を前記電子基板に実装する部品の優先度よりも高く設定する、生産システム。
  4. 請求項3に記載の生産システムにおいて、
    前記決定部は、前記優先度に基づき段階的に順番を決定する、生産システム。
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JP2014127070A (ja) 2012-12-27 2014-07-07 Mitsubishi Electric Information Systems Corp 加工検査装置におけるロットの処理順序管理システムおよび処理順序管理プログラム

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