JP7606429B2 - 生産計画装置、生産計画システムおよび生産計画方法 - Google Patents

Description

本発明は、生産計画装置、生産計画システムおよび生産計画方法に関する。

特許文献１は、製造システムに関し、「生産統括措置は、サーバから再計画の実施条件が成立したこ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の各生産設備に割当てる。これにより、計画遅れを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。」と記載されている。

特開２０２０－９８５４１号公報

工場において、生産性の分析に基づく品種切替や設備故障などの生産変動事象が発生した場合、問題解決のための対策を立案し、この対策に基づいて工程計画、作業計画および生産計画を更新する必要がある。

一方で、このような対策の立案や生産計画などの更新は、工場の生産性の稼働データに基づいて工場の生産管理者や生産技術者による人手作業が必要となるため、対策等の立案期間中は生産性が阻害され、生産変動に対してフレキシブルに対応することが困難になる、という課題がある。

なお、特許文献１には、問題が生じた際に生産シミュレータを用いて生産計画を再計画する技術が開示されている。しかしながら、同文献の生産システムでは、生産計画のみを再計画し、工程計画や作業計画の再計画が行われない。すなわち、特許文献１の生産システムでは、問題に対して工程計画や作業計画を再計画せずに生産計画の再計画のみで対応するため、対応範囲が限定的となり、結果的に生産計画の遅延などの問題が生じる可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記の課題を解決する本発明の一態様に係る生産計画装置は、製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部と、を備え、前記工程計画生成部は、前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成する。

本発明によれば、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。

本実施形態に係る生産計画システムの概略構成の一例を示した図である。 生産実績情報の一例を示した図である。 製品ＣＡＤ情報の一例を示した図である。 部品形状情報の一例を示した図である。 生産物量情報の一例を示した図である。 工場レイアウト情報の一例を示した図である。 工程計画の一例を示した図である。 作業計画の一例を示した図である。 生産計画の一例を示した図である。 生産計画処理の一例を示したフロー図である。 工程評価処理の一例を示したフロー図である。 代替工程数算出処理の一例を示したフロー図である。 作業半順序グラフの一例を示した図である。 第一の生産計画装置のハードウェア構成の一例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る生産計画システム１０００の概略構成の一例を示した図である。図示するように、生産計画システム１０００は、第一の生産計画装置１００と、第二の生産計画装置２００と、を有している。また、第一の生産計画装置１００と、第二の生産計画装置２００とは、例えばインターネット等の公衆網やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）あるいはＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワークＮを介して相互通信可能に接続されている。

また、第一の生産計画装置１００および第二の生産計画装置２００は、ネットワークＮを介して、これらの装置に対する処理の実行指示や各装置の処理に用いられる情報を送信するために使用される外部装置３００にも通信可能に接続されている。

第一の生産計画装置１００は、工場の生産ラインで製造される製品の生産計画を立案する装置である。第一の生産計画装置１００は、例えばクラウド環境に置かれたサーバ装置により実現される。また、第二の生産計画装置２００は、第一の生産計画装置１００から取得した生産計画を用いて、工場の生産ラインを構成する各設備に対して製品の製造指示を行う装置である。第二の生産計画装置２００は、例えば工場などのエッジ環境に置かれたサーバ装置により実現される。

第一の生産計画装置１００は、生産変動事象の発生にフレキシブルに対応するため、予め代替工程計画を含む複数の工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を生成し、これらを用いて生産計画を立案する。また、第一の生産計画装置１００は、生産計画と、代替工程計画を含む複数の工程計画と、各工程計画に対応する作業計画と、を第二の生産計画装置２００に送信する。

第二の生産計画装置２００は、工場の生産ライン状況に応じて生産変動事象が発生したか否かを分析し、生産計画の再立案を行うと判定した場合、第一の生産計画装置１００から取得した複数の工程計画と、それらに対応する作業計画と、を用いて生産計画の再立案を行い、再立案した生産計画に基づいて各設備に対して製造指示を行う。

以下、第一の生産計画装置１００および第二の生産計画装置２００の各機能構成の一例について説明する。

図１に示すように、第一の生産計画装置１００は、処理部１１０と、記憶部１２０と、入力部１３０と、出力部１４０と、通信部１５０と、を有している。

処理部１１０は、第一の生産計画装置１００で行われる様々な処理を実行する機能部である。具体的には、処理部１１０は、工程評価部１１１と、工程評価グラフ生成部１１２と、工程計画生成部１１３と、作業計画生成部１１４と、生産計画生成部１１５と、を有している。

工程評価部１１１は、対象製品を構成する構成部品の作業工程を評価する機能部である。具体的には、工程評価部１１１は、構成部品（構成部品の類似部品を含む）の寸法ばらつきや作業時間ばらつきの評価指数（工程評価指数）を算出する。また、工程評価部１１１は、構成部品（構成部品の類似部品を含む）を扱う工程で使用される設備の稼働率を算出する。

工程評価グラフ生成部１１２は、製品の作業半順序関係を示すグラフ（以下では、「作業半順序グラフ」という場合がある）を用いて、寸法ばらつき等の評価指数に基づく代替工程数基準値を算出する。また、工程評価グラフ生成部１１２は、代替工程数基準値を対応する構成部品あるいは工程を示すノードに対して付与した工程評価グラフを生成する。

工程計画生成部１１３は、工程計画を生成する機能部である。具体的には、工程計画生成部１１３は、代替工程数基準値に基づき、対応する工程の代替工程数を算出する。また、工程計画生成部１１３は、代替工程数に応じた数の設備を割り付けた各工程と設備との組を用いて工程計画（代替工程計画を含む）を生成する。

作業計画生成部１１４は、工程計画の各々に対応する作業計画を生成する機能部である。

生産計画生成部１１５は、工程計画および作業計画を用いて生産計画を生成する機能部である。

記憶部１２０は、様々な情報を記憶する機能部である。具体的には、記憶部１２０は、生産実績情報１２１と、製品ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）情報１２２と、部品形状情報１２３と、生産物量情報１２４と、工場レイアウト情報１２５と、を有している。

図２は、生産実績情報１２１の一例を示した図である。生産実績情報１２１は、過去の生産実績に関する情報である。なお、生産実績情報１２１の製品ＩＤ１２１ａは、製品を識別するための情報である。部品ＩＤ１２１ｂは、部品を識別するための情報である。工程ＩＤ１２１ｃは、工程を識別するための情報である。生産リソースＩＤ１２１ｄは、生産リソースを識別するための情報である。日時１２１ｅは、対応付けられている製品ＩＤ１２１ａにより識別される製品の生産において、例えば対応する部品ＩＤ１２１ｂの部品を組み付け等する所定工程の実施日時を示す情報である。着手時間１２１ｆは、対応付けられている工程ＩＤ１２１ｃにより識別される工程の着手時間を示す情報である。終了時間１２１ｇは、かかる工程の終了時間を示す情報である。

このような生産実績情報１２１は、製品ＩＤ１２１ａおよび部品ＩＤ１２１ｂで特定される対象について工程ＩＤ１２１ｃで特定される工程が終了すると、かかる対象に関する情報が登録されて更新される。

図３は、製品ＣＡＤ情報１２２の一例を示した図である。製品ＣＡＤ情報１２２には、構成部品の作業半順序関係およびその他の属性情報を含む情報が含まれている。

図４は、部品形状情報１２３の一例を示した図である。部品形状情報１２３は、製品を構成する構成部品の形状に関する情報である。なお、部品形状情報１２３の部品ＩＤ１２３ａは、部品を識別するための情報である。部品名１２３ｂは、部品の名称を示す情報である。形状特性１２３ｃは、例えば円筒や矩形あるいは円柱などの部品の形状的特徴を示す情報である。幅１２３ｄ、長さ１２３ｅ、径１２３ｆおよび重量１２３ｇは各々、部品の幅、長さ、径および重量を示す情報である。

図５は、生産物量情報１２４の一例を示した図である。生産物量情報１２４は、生産される製品あるいは部品の物量に関する情報である。なお、生産物量情報１２４の製品ＩＤ１２４ａは、製品を識別するための情報である。また、月別生産物量１２４ｂは、所定の対象期間における対象製品あるいは構成部品の生産量を示す情報である。

図６は、工場レイアウト情報１２５の一例を示した図である。工場レイアウト情報１２５は、設備を配置するための工場内におけるエリア（セル）やコンベアなどの位置を示す情報である。

なお、記憶部１２０内の各情報は、予め記憶部１２０に格納されていなくとも良く、第一の生産計画装置１００における処理の実行時に外部装置３００から取得されても良い。

図１に戻って説明する。入力部１３０は、第一の生産計画装置１００が備える入力装置を介して、オペレータからの指示や情報の入力を受け付ける機能部である。また、入力部１３０は、通信部１５０を介して第二の生産計画装置２００または外部装置３００からの指示や情報の入力を受け付ける。

出力部１４０は、表示情報を生成し、第一の生産計画装置１００あるいは第二の生産計画装置２００および外部装置３００が備える表示装置（ディスプレイ）に表示情報を表示する機能部である。

通信部１５０は、第二の生産計画装置２００または外部装置３００との間で情報通信を行う機能部である。

以上、第一の生産計画装置１００の機能構成の一例について説明した。

また、図１に示すように、第二の生産計画装置２００は、処理部２１０と、記憶部２２０と、入力部２３０と、出力部２４０と、通信部２５０と、を有している。

処理部２１０は、第二の生産計画装置２００で行われる様々な処理を実行する機能部である。具体的には、処理部２１０は、製造指示部２１１と、生産計画更新時期判定部２１２と、生産ライン分析部２１３と、生産計画再立案部２１４と、を有している。

製造指示部２１１は、工場内の各設備に製造指示を送信する機能部である。具体的には、製造指示部２１１は、通信部２５０を介して、工場内の各設備に対して、第一の生産計画装置１００で生成された生産計画に対応する作業計画に従った動作指示（製造指示）を出力することで、製品の生産を実行する。

生産計画更新時期判定部２１２は、生産計画の更新時期について判定する機能部である。具体的には、生産計画更新時期判定部２１２は、生産ラインの構成の見直し時期または生産計画の立案時期に到達したか否かを判定する。なお、これらの時期に関する情報は予め記憶部２２０に格納されていれば良い。

生産ライン分析部２１３は、生産ラインの状況を分析する機能部である。具体的には、生産ライン分析部２１３は、通信部２５０を介して接続されている工場内の各設備から生産ラインの状況を示す情報を取得および分析する。

生産計画再立案部２１４は、生産計画を再立案する機能部である。具体的には、生産計画再立案部２１４は、第一の生産計画装置１００から取得した工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を用いて生産計画を再立案する。

記憶部２２０は、様々な情報を記憶する機能部である。具体的には、記憶部２２０は、第一の生産計画装置１００から取得した代替工程計画を含む工程計画２２１と、作業計画２２２と、生産計画２２３と、生産実績情報２２４と、を有している。

図７は、工程計画２２１の一例を示した図である。工程計画２２１には、製品の製造工程に関する情報が登録されている。なお、工程計画の製品ＩＤ２２１ａは、対象製品の識別するための情報である。工程ＩＤ２２１ｂは、工程の識別するための情報である。生産リソースＩＤ２２１ｃは、生産リソースを識別するための情報である。

図８は、作業計画２２２の一例を示した図である。作業計画２２２には、各工程で実施される作業内容を示す情報が登録されている。なお、作業計画２２２の作業ＩＤ２２２ａは、作業を識別するための情報であって、工程計画２２１の各工程ＩＤ２２１ｂに紐づく情報である。作業計画ＩＤ２２２ｂは、作業計画を識別するための情報であって、作業計画の内容（例えば、組付け作業など）を示すＩＤが登録されている。作業時間２２２ｃは、作業ＩＤ２２２ａで特定される工程に割り付けられた設備（生産リソース）が作業計画ＩＤ２２２ｂで特定される作業内容を実行する際の作業時間を示す情報である。

なお、作業計画ＩＤ２２２ｂには、各工程で実施される作業内容を実現するためのロボットプログラムが紐付けられて記憶部１２０に格納されているものとする。このロボットプログラムは、セル内におけるロボットの配置等に関する所定情報（図示せず）を用いて公知技術に基づき各工程計画に応じて生成される。具体的には、ロボットプログラムは、例えば工場内におけるセルの配置パターンに関する情報（例えば、ロボットの位置や姿勢、動作速度など所定のパラメータ値を有する情報）を用いて、作業計画生成部１１４により生成される。また、作業計画ＩＤ２２２ｂに対応する作業内容は、予め記憶部１２０に格納されている所定情報（図示せず）に登録されているものとする。

図９は、生産計画２２３の一例を示した図である。生産計画２２３には、製品の生産計画に関する情報が登録されている。なお、生産計画の製品ＩＤ２２３ａは、製品を識別するための情報である。部品ＩＤ２２３ｂは、部品を識別するための情報である。工程ＩＤ２２３ｃは、工程を識別するための情報である。生産リソースＩＤ２２３ｄは、生産リソースを識別するための情報である。日時２２３ｅは、対応付けられている製品ＩＤ２２３ａにより識別される製品の生産において、例えば対応する部品ＩＤ２２３ｂの部品を組み付け等する所定工程の実施日時を示す情報である。着手予定時間２２３ｆは、対応付けられている工程ＩＤ２２３ｃにより識別される工程の着手予定の時間を示す情報である。終了予定時間２２３ｇは、かかる工程の終了予定の時間を示す情報である。

なお、記憶部２２０内の生産実績情報２２４は、第一の生産計画装置１００の記憶部１２０に格納されている生産実績情報１２１と共通の情報であって、生産計画に基づく製品の製造に伴って逐次更新される。

また、入力部２３０および出力部２４０は、第一の生産計画装置１００と同様のため、詳細な説明は省略する。

通信部２５０は、第一の生産計画装置１００または外部装置３００との間で情報通信を行う機能部である。

以上、第二の生産計画装置２００の機能構成の一例について説明した。

［動作の説明］
図１０は、生産計画処理の一例を示したフロー図である。後述するように、生産計画処理は、第一の生産計画装置１００によりステップＳ０１０～ステップＳ０５０の処理が実行され、第二の生産計画装置２００によりステップＳ０６０～ステップＳ１００の処理が実行される。なお、生産計画処理は、例えば第一の生産計画装置１００における入力部１３０を介して処理の実行指示をユーザから受け付けると開始される。

処理が開始されると、第一の生産計画装置１００は、各種情報を取得する（ステップＳ０１０）。具体的には、工程評価部１１１は、生産実績情報１２１と、製品ＣＡＤ情報１２２と、部品形状情報１２３と、生産物量情報１２４と、工場レイアウト情報１２５と、を記憶部１２０から取得する。

次に、工程評価部１１１は、過去の生産実績に基づき各工程の評価指数を算出する（ステップＳ０２０）。

図１１は、ステップＳ０２０に対応する工程評価処理の一例を示したフロー図である。かかる処理が開始されると、工程評価部１１１は、以下のステップＳ０２１～ステップＳ０２４の処理を全製品の全構成部品について繰り返し実行する（ループ処理１－１～１－２、ループ処理２－１～２－２）。

ステップＳ０２１では、工程評価部１１１は、過去の生産実績に基づき、対象製品の各構成部品および対応する工程を特定する。具体的には、工程評価部１１１は、生産実績情報１２１を用いて、対象製品の各構成部品と、対応する工程ＩＤと、を特定する。

なお、工程評価部１１１は、対象製品の生産実績が生産実績情報１２１に含まれていない場合、当該製品の各構成部品に類似する類似部品および対応する工程ＩＤを特定する。具体的には、工程評価部１１１は、製品ＣＡＤ情報１２２および部品形状情報１２３を用いて対象製品を３角メッシュ化し、メッシュ間の連結関係と、構成部品の形状特性およびサイズと、に基づいて製品をその構成部品に分割する。また、工程評価部１１１は、かかる形状特性およびサイズが同一または類似の部品の部品ＩＤを部品形状情報１２３から特定し、かかる部品ＩＤに対応付けられている工程ＩＤを生産実績情報１２１から特定する。

なお、このような処理は、例えば特願２０２０－１４４５３７に記載の工程ラベリング処理と同様の方法が用いられれば良い。

次に、工程評価部１１１は、過去の生産実績に基づき、各構成部品の寸法ばらつきの評価指数を算出する（ステップＳ０２２）。具体的には、工程評価部１１１は、特定した構成部品の過去生産時における寸法を、例えば構成部品の部品ＩＤと寸法とが対応付けられて登録されている所定情報（図示せず）を用いて特定する。また、工程評価部１１１は、かかる寸法のばらつきの標準偏差を求め、当該寸法ばらつきの標準偏差と、定数であるＵＴＬ（寸法ばらつきの公差上限値）およびＬＴＬ（寸法ばらつきの公差下限値）とを用いて、以下の式（１）により各構成部品の寸法ばらつきの評価指数Ｃｐを算出する。なお、σは寸法ばらつきの標準偏差を示す。

なお、工程評価部１１１は、前述の所定情報を用いて寸法ばらつきの平均値を求め、以下の式（２）により各構成部品の寸法ばらつきの評価指数Ｃｐｋを算出しても良い。なお、Ｔ＝（ＵＴＬ－ＬＴＬ）／２であり、μは寸法ばらつきの平均値を示す。

次に、工程評価部１１１は、過去の生産実績から各構成部品の作業時間のばらつきの評価指数を算出する（ステップＳ０２３）。具体的には、工程評価部１１１は、構成部品の過去生産時における作業時間を、生産実績情報１２１の着手時間および終了時間の差分に基づき算出する。また、工程評価部１１１は、かかる作業時間のばらつきの標準偏差を求め、当該作業時間ばらつきの標準偏差と、定数であるＵＳＬ（作業時間ばらつきの公差上限値）およびＬＳＬ（作業時間ばらつきの公差下限値）とを用いて、以下の式（３）により各構成部品の作業時間ばらつきの評価指数Ｔｐを算出する。なお、σは作業時間ばらつきの標準偏差を示す。

なお、工程評価部１１１は、生産実績情報１２１を用いて作業時間ばらつきの平均値を求め、以下の式（４）により各構成部品の作業時間ばらつきの評価指数Ｔｐｋを算出しても良い。なお、Ｓ＝（ＵＳＬ－ＬＳＬ）／２であり、εは作業時間ばらつきの平均値を示す。

次に、工程評価部１１１は、過去の生産実績から各構成部品を取り扱う工程に割り付けられた設備の稼働率を算出する（ステップＳ０２４）。具体的には、工程評価部１１１は、構成部品の部品ＩＤおよび工程ＩＤが対応付けられている生産実績情報１２１のレコードを特定し、かかるレコードの着手時間および終了時間の差分に基づき各工程に割り付けられた設備の稼働率を算出する。

また、工程評価部１１１は、ステップＳ０２４の処理を終えると、本フローを終了する。

図１０に戻って説明する。次に、第一の生産計画装置１００は、評価指数に基づき各工程の代替工程数を算出する（ステップＳ０３０）。

図１２は、ステップＳ０３０に対応する代替工程数算出処理の一例を示したフロー図である。かかる処理が開始されると、工程評価グラフ生成部１１２は、以下のステップＳ０３１～ステップＳ０３３の処理を全製品について繰り返し実行する（ループ処理３－１～３－２）。

ステップＳ０３１では、工程評価グラフ生成部１１２は、製品ＣＡＤ情報１２２を用いて、作業半順序グラフを生成する。

図１３は、作業半順序グラフの一例を示した図である。図示するように、作業半順序グラフは、製品の構成部品を示すノードＡ１～Ａ５と、各ノード間の組付け関係すなわち半順序関係を示すアークと、から構成されている。なお、ノードは、各構成部品を取り扱う工程を示すものとして定義することも可能である。そのため、以下では、構成部品と、かかる構成部品に対応する工程とを同義として説明する場合がある。

次に、工程評価グラフ生成部１１２は、工程評価グラフを生成する（ステップＳ０３２）。具体的には、工程評価グラフ生成部１１２は、「寸法ばらつきの評価指数の和」、「作業時間ばらつきの評価指数の和」および「設備稼働率の和」という３つの属性についてアークの属性値を算出する。また、工程評価グラフ生成部１１２は、属性ごとに、属性値が所定の基準値以上となるアークをクラスタリングする。

まず、工程評価グラフ生成部１１２は、属性のうち「寸法ばらつきの評価指数の和」について、アークの属性値を算出し、属性値が基準値以上のアークをクラスタリングする。具体的には、工程評価グラフ生成部１１２は、生成した作業半順序グラフの各ノードに、対応する構成部品の寸法ばらつきの評価指数を割り当てる。また、工程評価グラフ生成部１１２は、両端のノードに割り当てられた評価指数の和すなわち両端の構成部品における寸法ばらつきの評価指数の和を両ノード間のアークの属性値として算出する。

また、工程評価グラフ生成部１１２は、算出したアークの属性値と所定の基準値とを比較し、かかる基準値以上のアークをクラスタリングする。これにより、クラスタリングされたアークの両端のノードであって、寸法ばらつきの度合いが大きく、問題が生じ易い工程（構成部品）と、その工程に関連する工程であって、問題が生じた際に影響を受け易い工程と、がクラスタリングされたアークにより関連付けられる。

また、工程評価グラフ生成部１１２は、同様の方法により、「作業時間ばらつきの評価指数の和」および「設備稼働率の和」の属性についてもアークをクラスタリングする。

また、工程評価グラフ生成部１１２は、ノードｉについて、接続されているアークの中でクラスタリングされたアークの数ＣＮｉをアークの属性ごとに集計する。具体的には、工程評価グラフ生成部１１２は、アークの属性ごとに、クラスタリングされたアークに接続されているノードに対してＣＮｉを加算する。例えば、属性「寸法ばらつきの評価指数の和」の場合であって、アークｘおよびアークｙがクラスタリングされている場合、ノードＡ３のＣＮｉはアークｘ＝１と、アークｙ＝１と、を加算した「２」となる。また、例えば、属性が「作業時間ばらつきの評価指数の和」の場合であって、アークｘおよびアークｚがクラスタリングされている場合、ノード３のＣＮｉはアークｘ＝１と、アークｚ＝１と、を加算した「２」となる。また、属性「設備稼働率の和」の場合であって、アークｘ、アークｙおよびアークｚがクラスタリングされている場合、ノード３のＣＮｉはアークｘ＝１と、アークｙ＝１と、アークｚ＝１と、を加算した「３」となる。

また、工程評価グラフ生成部１１２は、属性ごとに集計した値の合計を算出し、それを代替工程数基準値として対応する各ノードに付与することで工程評価グラフを生成する。

なお、工程評価グラフ生成部１１２は、３つのアークの属性のうち、少なくとも１つ以上の属性を用いて工程評価グラフを生成すれば良く、３つの属性の全てを用いることは必須ではない。

次に、工程計画生成部１１３は、以下のステップＳ０３３の処理を製品の全構成部品について繰り返し実行する（ループ処理４－１～４－２）。

ステップＳ０３３では、工程計画生成部１１３は、工程評価グラフを用いて、ノードに対応する工程の代替工程数を算出する。具体的には、工程計画生成部１１３は、全ノードのＣＮｉの平均値に対する個々のノードの代替工程数基準値の大きさの割合いに応じて、ノードごとに対応する工程の代替工程数を算出する。

なお、工程計画生成部１１３は、全ノードのＣＮｉの平均値未満の代替工程数基準値が付与されているノードについは代替工程数を「１」とする。この場合、かかるノードに対応する工程には、設備が１つ割り付けられることになり（各工程は基本設備数＝１であるため）、代替工程として他の設備は割り付けられない。

また、工程計画生成部１１３は、例えば全ノードのＣＮｉの平均値以上の代替工程数基準値が付与されているノードについては、かかる基準値の大きさの割合に応じて代替工程数＝「２」～「ｎ」を算出する。この場合、かかるノードに対応する工程には、基本設備数＝１と、算出された代替工程数と、を合計した数の設備が割り付けられることになる。

また、工程計画生成部１１３は、全製品の全構成部品について、各工程の代替工程数を算出すると、本フローを終了する。

図１０に戻って説明する。次に、第一の生産計画装置１００は、複数の工程計画および対応する作業計画を生成する（ステップＳ０４０）。なお、工程計画および作業計画の生成方法は特に限定されないが、以下にその一例を示す。

まず、工程計画生成部１１３は、工程に対応する構成部品およびこれに類似する部品の部品ＩＤを部品形状情報１２３から特定し、これらの部品ＩＤが対応付けられている生産リソースを生産実績情報１２１から特定する。

また、工程計画生成部１１３は、特定した複数の生産リソースをかかる工程の生産リソースの候補とし、ステップＳ０３０で算出された代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の生産リソース候補であって、かつ、工程の作業時間がより小さくなる生産リソース候補を工程に割り付ける。

また、工程計画生成部１１３は、全対象製品における全構成部品について同様の処理を行うことで、製品ごとに、各構成部品に対応する各工程に対して代替工程数に応じた数の生産リソース候補を割り付けた複数通りの工程計画を生成する。

なお、このような工程計画の生成方法は、例えば特願２０２０－１４４５３７号に記載の技術が用いられれば良い。

また、工程計画生成部１１３は、生成された工程計画ごとに、工程に紐づく作業ＩＤと、作業内容を示す作業計画ＩＤと、作業時間とを対応付けた作業計画を生成する。なお、工程計画に基づく作業計画の生成方法は特に限定されるものではなく、公知の技術が用いられれば良い。

また、工程計画の生成方法に係る他の一例としては、例えば特願２０２０－０３０４７９号に記載の技術が用いられても良い。具体的には、工程計画生成部１１３は、算出された代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の設備（モジュールグループ）を対応する工程に割り付けた工程および設備の組を複数通り生成する。また、作業計画生成部１１４は、かかる設備（モジュールグループ）の工場レイアウトにおけるセル内での配置や動作ルール等に基づく作業時間を見積もる。また、工程計画生成部１１３は、セル内での作業時間がより小さくなる所定数の工程および設備の組を特定し、全製品における全構成部品の作業順序を考慮した複数の工程計画を生成する。なお、工程に対して設備を割り付けると、これに伴い各工程における必要な設備台数が決定される。そのため、生成される工程計画には、生産ラインで使用される設備種類とその台数とにより示される生産ラインの設備構成が含まれている。また、作業計画生成部１１４は、生成された工程計画ごとに、工程計画に含まれる各工程にセル内での設備の作業時間を対応付けた作業計画を生成する。

より具体的には、工程計画生成部１１３は、各工程ごとに、代替工程数と基本設備数の合計数に応じた数の設備（モジュールグループ候補）を抽出する。また、作業計画生成部１１４は、セル内における各モジュールグループ候補の配置や向きおよび動作ルールを考慮した作業時間を算出する。また、工程計画生成部１１３は、モジュールグループ候補単位でのセル内における作業時間がより小さくなる所定数のモジュールグループ候補と配置案を特定する。また、工程計画生成部１１３は、特定したモジュールグループ候補を対応する各工程に割り付けた複数通りの工程計画を生成する。また、作業計画生成部１１４は、生成された工程計画に含まれる各工程に対し、対応する作業ＩＤと、かかる工程に用いられるモジュールグループの作業時間とを対応付けた作業計画を生成する。

なお、かかる方法により工程計画を生成する場合、必要情報（例えば、部品属性情報、モジュールグループ仕様情報、モジュール仕様情報、モジュール動作パターン情報およびレイアウト情報など）は予め記憶部１２０に格納されていれば良く、あるいは、通信部１５０を介して外部装置３００から取得されても良い。

次に、生産計画生成部１１５は、複数の工程計画と作業計画とを用いて生産計画を生成し、同時に生産ラインの構成を最適化する（ステップＳ０５０）。具体的には、生産計画生成部１１５は、全製品の全構成部品について、生成された工程計画２２１および作業計画２２２と、生産物量情報１２４や工場レイアウト情報１２５等と、を用いて、生産スループットが最大化され、かつ、セル構成の変更コストが基準値以下となるように、ＭＩＰ（Ｍｉｘｅｄ Ｉｎｔｅｇｅｒ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ） ＳｏｌｖｅｒあるいはＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等のメタヒューリスティック法により、最適化された生産計画の生成、各工程へのセルの割り付け、および、セルの台数の算出を行う。なお、セル構成の変更コストは、予め記憶部１２０に格納されていれば良い。

また、生産計画生成部１１５は、ステップＳ０５０の処理を行うと、通信部１５０を介して、生成された生産計画２２３と、複数の工程計画（この場合、生成された生産計画に関連しない複数の代替工程計画を含む）２２１と、各工程計画２２１に対応する作業計画２２２と、を第二の生産計画装置２００に送信する。

次に、第二の生産計画装置２００は、取得した生産計画２２３に基づき製品の生産を実行する（ステップＳ０６０）。具体的には、製造指示部２１１は、通信部２５０を介して、生産計画２２３に対応する作業計画２２２を用いて工場内の各設備に対して製造指示を行うことで、製品の生産を実行する。より具体的には、製造指示部２１１は、生産計画２２３に対応する作業計画２２２に紐付けられているロボットプログラムを用いて工場内の各設備の動作プログラムを更新することで、生産計画２２３に従った製品の製造が行われるようにする。

次に、生産計画更新時期判定部２１２は、生産ラインの構成の見直し時期または生産計画の立案時期に到達したか否かを判定する（ステップＳ０７０）。

そして、いずれかの時期に到達したと判定した場合（ステップＳ０７０でＹｅｓ）、生産計画更新時期判定部２１２は、処理をステップＳ０１０に戻す。この場合、生産計画更新時期判定部２１２は、通信部２５０を介して、生産計画の立案に関する指示要求を第一の生産計画装置１００に送信する。一方で、いずれの時期にも到達していないと判定した場合（ステップＳ０７０でＮｏ）、生産計画更新時期判定部２１２は、処理をステップＳ０８０に移行する。

ステップＳ０８０では、生産ライン分析部２１３は、生産実績に基づき生産変動事象が発生しているか否かを分析する。具体的には、生産ライン分析部２１３は、製品の製造に伴って逐次更新される生産実績情報１２１と生産計画２２３とを比較し、生産計画２２３に対して製品の製造に遅れが生じているか否か等を分析する。また、生産ライン分析部２１３は、通信部２５０を介して、各設備から故障を示すエラー情報が出力されているか否かを分析する。

次に、生産ライン分析部２１３は、生産計画を再立案するか否かを判定する（ステップＳ０９０）。具体的には、生産ライン分析部２１３は、生産計画２２３に対して生産実績に所定の閾値以上の遅れが生じている場合や設備からエラー情報が出力されている場合に生産計画を再立案すると判定する。

そして、生産計画を再立案しないと判定した場合（ステップＳ０９０でＮｏ）、生産ライン分析部２１３は、処理をステップＳ０６０に戻す。一方で、生産計画を再立案すると判定した場合（ステップＳ０９０でＹｅｓ）、生産ライン分析部２１３は、処理をステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１００では、生産計画再立案部２１４は、第一の生産計画装置１００から取得した複数の工程計画２２１と、各々の工程計画２２１に対応する作業計画２２２と、を用いて生産計画の再計画（再立案）を行う。

具体的には、生産計画再立案部２１４は、複数の工程計画２２１および対応する作業計画２２２と、生産物量情報１２４等と、を用いて、生産スループットの最大化や、納期遅延の最小化といった生産性に関する所定のＫＰＩ（Ｋｅｙ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が最大化されるように、ＭＩＰ（Ｍｉｘｅｄ Ｉｎｔｅｇｅｒ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ） ＳｏｌｖｅｒあるいはＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）等のメタヒューリスティック法により、最適化された生産計画の再立案、および、各工程へのセルの割り付けを行う。

また、生産計画再立案部２１４は、ステップＳ１００の処理を行うと、処理をステップＳ０６０に戻す。この場合、製造指示部２１１は、再立案された生産計画および対応する作業計画に紐づくロボットプログラムに基づき、各設備に対して製造指示を行う。

以上、本実施形態に係る生産計画処理について説明した。

このような生産計画システムによれば、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。特に、生産計画システムでは、第一の生産計画装置において、予め代替工程計画を含む複数の工程計画と、各々の工程計画に対応する作業計画と、を生成しておき、工場において生産変動事象が発生した場合には、これら複数の工程計画と作業計画とを用いて、生産スループットなどの生産性に関する所定のＫＰＩが最適化される生産計画が再立案され、対応する作業計画に基づいて各設備に対する製造指示が行われる。そのため、生産計画システムによれば、人手を要することなく生産計画を更新することが可能となり、生産変動に対してフレキシブルな生産を実現することができる。

また、第一の生産計画装置によれば、工程評価指数を用いて、構成部品の寸法ばらつきや作業時間ばらつきを定量評価し、問題（例えば、作業遅れや作業のやり直し）が生じ易い工程やその影響を受け易い工程についてより多くの代替工程（設備の割り付け）を作成することができる。

また、第一の生産計画装置によれば、設備稼働率を定量評価し、稼働率の高い設備を使っている工程についてより多くの代替工程（設備の割り付け）を作成することができる。これにより、相対的に低稼働率の設備を使う工程を代替工程として作成することができるため、稼働率の高い設備に不具合が生じた場合でも、作業遅延の発生を抑制することができる。

また、生産計画システムによれば、代替工程計画を含む複数の工程計画、作業計画（ロボットプログラムを含む）および生産計画をクラウド環境に置かれた第一の生産計画装置で生成し、生産変動が生じた場合には、工場などのエッジ環境に置かれた第二の生産計画装置が代替工程計画や対応する作業計画を用いて生産計画を再立案する。そのため、クラウド環境に問題が生じ、第一の生産計画装置が使用できない状況下においてもエッジ環境にある第二の生産計画装置によって生産変動に対応でき、製品の製造を継続することが可能となる。

なお、第二の生産計画装置２００は複数あっても良く、第一の生産計画装置１００は、複数の第二の生産計画装置２００に対して送信する複数の工程計画２２１と、対応する作業計画２２２と、生産計画２２３と、を同時に生成しても良い。

また、本発明の第一の変形例に係る生産計画システムは、第二の生産計画装置２００が、第一の生産計画装置１００が備える処理部および記憶部内の各情報を有していても良い。この場合、第一の生産計画装置１００に代わり、エッジ環境における第二の生産計画装置２００が複数の工程計画２２１、作業計画２２２および生産計画２２３を生成し、かかる生産計画２２３および作業計画２２２を用いて製造指示を各設備に行うことで、製品の生産が行われれば良い。

また、本発明の第二の変形例に係る生産計画システムは、第一の生産計画装置１００が、第二の生産計画装置２００が備える処理部および記憶部内の各情報を有していても良い。この場合、第二の生産計画装置２００に代わり、クラウド環境における第一の生産計画装置１００が通信部１５０を介して接続される各設備に対して、生産計画２２３および作業計画２２２に基づく製品の製造指示を行う。また、生産変動事象の発生に応じて、第一の生産計画装置１００が複数の工程計画２２１および作業計画２２２を用いて生産計画を再立案する。

また、本発明の第三の変形例に係る生産計画システムは、第二の変形例に係る第一の生産計画装置１００と、第一の変形例に係る第二の生産計画装置２００と、が併存していても良い。すなわち、複数の工程計画２２１と、作業計画２２２と、を用いて生産計画２２３を生成し、生産変動事象が発生した際に代替の工程計画２２１と対応する作業計画２２２とを用いて生産計画２２３を再立案することが可能な同一構成の生産計画装置がクラウド環境とエッジ環境とに併存する構成であっても良い。

このような第二の生産計画装置または第一の生産計画装置の構成によっても、生産変動事象に対して工程計画、作業計画および生産計画を短時間で更新し、生産変動にフレキシブルに対応することができる。

次に、第一の生産計画装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。なお、第二の生産計画装置２００のハードウェア構成は、第一の生産計画装置１００と同様のため、詳細な説明は省略する。

図１４は、第一の生産計画装置１００のハードウェア構成の一例を示した図である。図示するように、第一の生産計画装置１００は、入力装置４１０と、表示装置４２０と、処理装置４３０と、主記憶装置４４０と、補助記憶装置４５０と、通信装置４６０と、これらを電気的に相互接続するバス４７０と、を有している。

入力装置４１０は、例えばタッチパネルやキーボードあるいはマウスなどの入力デバイスである。表示装置４２０は、液晶ディスプレイや有機ディスプレイなどの表示デバイスである。

処理装置４３０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。主記憶装置４４０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリ装置である。

補助記憶装置４５０は、デジタル情報を記憶可能ないわゆるハードディスク（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）あるいはフラッシュメモリなどの不揮発性記憶装置である。

通信装置４６０は、ネットワークＮケーブルを介して有線通信を行う有線の通信装置、またはアンテナを介して無線通信を行う無線通信装置である。

以上、第一の生産計画装置１００のハードウェア構成の一例について説明した。

このような第一の生産計画装置１００の処理部１１０は、処理装置４３０に処理を行わせるプログラムによって実現される。このプログラムは、主記憶装置４４０あるいは補助記憶装置４５０に記憶され、プログラムの実行にあたって主記憶装置４４０上にロードされ、処理装置４３０により実行される。

また、入力部１３０は、入力装置４１０により実現される。また、出力部１４０は、表示装置４２０により実現される。また、記憶部１２０は、主記憶装置４４０または補助記憶装置４５０あるいはこれらの組合せにより実現される。また、通信部１５０は、通信装置４６０により実現される。

なお、第二の生産計画装置２００の処理部２１０、入力部２３０、出力部２４０、記憶部２２０および通信部２５０の各々を実現するハードウェアは、第一の生産計画装置１００の場合と同様である。

また、第一の生産計画装置１００および第二の生産計画装置２００の上記の各構成、機能、処理部および処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記構成、機能は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ等の記憶装置またはＩＣカード、ＳＤカードおよびＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、本発明は上記した実施形態および変形例に限定されるものではなく、同一の技術的思想の範囲内において様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

また、上記説明では、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１０００・・・生産計画システム、１００・・・第一の生産計画装置、１１０・・・処理部、１１１・・・工程評価部、１１２・・・工程評価グラフ生成部、１１３・・・工程計画生成部、１１４・・・作業計画生成部、１１５・・・生産計画生成部、１２０・・・記憶部、１２１・・・生産実績情報、１２２・・・製品ＣＡＤ情報、１２３・・・部品形状情報、１２４・・・生産物量情報、１２５・・・工場レイアウト情報、１３０・・・入力部、１４０・・・出力部、１５０・・・通信部、２００・・・第二の生産計画装置、２１０・・・処理部、２１１・・・製造指示部、２１２・・・生産計画更新時期判定部、２１３・・・生産ライン分析部、２１４・・・生産計画再立案部、２２０・・・記憶部、２２１・・・工程計画、２２２・・・作業計画、２２３・・・生産計画、２２４・・・生産実績情報、２３０・・・入力部、２４０・・・出力部、２５０・・・通信部、３００・・・外部装置、４１０・・・入力装置、４２０・・・表示装置、４３０・・・処理装置、４４０・・・主記憶装置、４５０・・・補助記憶装置、４６０・・・通信装置、４７０・・・バス、Ｎ・・・ネットワーク

Claims (10)

1. 製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、
   製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、
   各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、
   複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、
   生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部と、を備え、
   前記工程計画生成部は、
   前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成する
   ことを特徴とする生産計画装置。
2. 請求項１に記載の生産計画装置であって、
   前記工程評価部は、
   前記生産工程に対応する構成部品の寸法ばらつきに関する前記工程評価指数を算出する
   ことを特徴とする生産計画装置。
3. 請求項１に記載の生産計画装置であって、
   前記工程評価部は、
   前記生産工程における作業時間のばらつきに関する前記工程評価指数を算出する
   ことを特徴とする生産計画装置。
4. 請求項１に記載の生産計画装置であって、
   前記工程評価指数は、
   前記属性である、前記製品における構成部品の寸法ばらつき、作業時間ばらつき、および、当該構成部品を扱う工程で使用される設備の稼働率、のうち、少なくともいずれか一つ以上の属性に関する評価指数である
   ことを特徴とする生産計画装置。
5. 請求項１に記載の生産計画装置であって、
   前記生産計画および前記作業計画に基づき、所定設備に対して製造指示を出力する所定の装置に対し、複数の前記工程計画、前記作業計画および前記生産計画を送信する通信部をさらに備える
   ことを特徴とする生産計画装置。
6. 請求項５に記載の生産計画装置であって、
   前記所定の装置は、
   生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案部を有する
   ことを特徴とする生産計画装置。
7. 請求項６に記載の生産計画装置であって、
   前記所定の装置は、
   前記生産計画と、更新された生産実績と、を用いて生産ラインの状況を分析する生産ライン分析部を有し、
   前記生産計画再立案部は
   前記生産ライン分析部による分析結果に基づいて、生産計画の再立案の必要性を判定する
   ことを特徴とする生産計画装置。
8. 請求項１に記載の生産計画装置であって、
   前記生産計画と、更新された生産実績と、を用いて生産ラインの状況を分析する生産ライン分析部をさらに備え、
   前記生産計画再立案部は
   前記生産ライン分析部による分析結果に基づいて、生産計画の再立案の必要性を判定する
   ことを特徴とする生産計画装置。
9. 第一の生産計画装置と、第二の生産計画装置と、を有する生産計画システムであって、
   前記第一の生産計画装置は、
   製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価部と、
   製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成部と、
   各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成部と、
   複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成部と、
   複数の前記工程計画と、前記作業計画と、前記生産計画と、を前記第二の生産計画装置に送信する通信部と、を備え、
   前記工程計画生成部は、
   前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程を評価し、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数を算出し、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画を生成し、
   前記第二の生産計画装置は、
   前記第一の生産計画装置から取得した前記生産計画および前記作業計画を用いて製品の製造を行い、
   生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する
   ことを特徴とする生産計画システム。
10. 生産計画装置が行う生産計画方法であって、
    前記生産計画装置は、
    製品の生産工程ごとに所定の工程評価指数を算出する工程評価指数算出ステップと、
    製品の生産工程に関する工程計画であって、代替の工程計画を含む複数の工程計画を生成する工程計画生成ステップと、
    各々の前記工程計画に対応する作業計画を生成する作業計画生成ステップと、
    複数の前記工程計画と、前記作業計画と、を用いて生産計画を生成する生産計画生成ステップと、
    生産変動事象の発生時に複数の前記工程計画および前記作業計画を用いて生産計画を再立案する生産計画再立案ステップと、を行い、
    工程計画生成ステップでは、
    前記工程評価指数に基づき所定の属性について前記生産工程が評価され、当該評価に基づき前記生産工程に割り付ける設備候補数が算出され、前記生産工程と、前記設備候補数に応じた数の設備候補と、の組に基づき複数の前記工程計画が生成される
    ことを特徴とする生産計画方法。

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