JPH11188579A - マトリクス式生産設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のライン式生産設備は、受注量が生産能
力から変動するととたんに無駄・無理が生じてしまい、
生産能力を調整することが難しい。 【解決手段】素材Ｙに逐次加工Ｋ１→Ｋ２・・・→Ｋｎ
して製品Ｚを生産する生産設備であり、各加工Ｋｉ（ｉ
＝１〜ｎ）のそれぞれを実行する加工機（Ｓｉｊ）が複
数存在し（ｊ＝２以上）、その複数の加工機（Ｓｉｊ）
が半製品の搬入・搬出設備（Ｌｉ）に対して半製品搬送
手段（Ｕｉ）で結ばれており、かつ、隣接する、各加工
のための搬入・搬出設備（Ｌｉ、Ｌｉ＋１）間が半製品
搬送手段（Ｖｉ，ｉ＋１）で結ばれている。加工機に着
目してみると、加工機全体がマトリクス式に配置されて
いることを特徴とする。このマトリクス式生産設備で
は、加工Ｋｉが複数ある加工機（Ｓｉｊ、ここでｊ＝２
以上）のいずれかで実行される。即ち、同一の加工のた
めに、複数の加工機が用意されている。このマトリクス
式生産設備は、加工機の追加・削除が容易にでき、小刻
みに、生産を止めることなく、生産能力を調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は素材に逐次加工して
ゆくことで、製品を生産する設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】複雑な製品を多量に生産するために図２
に示す生産設備が広く知られている。この生産設備は、
素材Ｙに対して逐次加工していくもので、最初に加工Ｐ
１が施され、次に加工Ｐ２が施され、最後に加工Ｐｍが
施されて製品Ｚが製造される。このために加工機１、２
・・・ｍが順に一列に配置され、隣り合う加工機間が半
製品搬送手段で結ばれている。通常は１本のワークコン
ベアに沿って順に加工機が配置されて、図２のライン式
生産設備が構成されている。なお、この明細書でいう
「加工」は狭義の機械加工に限られず、部品の組み付
け、素材の化学処理、製品の中間検査等、製品の生産に
必要とされる各種処理を総称するものとする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この方式のライン式生
産設備は、極めて能率的である反面、いくつかの深刻な
問題点を抱えている。 ・通常この種生産設備は生産能力に見合うように設計さ
れており、例えば１時間当たり１０台の生産が可能であ
るといったように設計されている。ここで１時間当たり
５台の注文しかなければ設備が無駄に利用され、１５台
の注文があれば１ラインでは生産できないために、もう
１ラインを必要とする。即ち、能力一杯に生産できる場
合には極めて効率的である反面、受注量が変動すると無
駄・無理が生じてしまう。 ・生産能力を調整することで無理・無駄の発生を防止す
ることが理論上は可能である。例えば、生産量を増やす
場合、加工に要する時間が最大に長くて生産能力の限界
となっている加工工程を分割し、その加工を２台の加工
機で逐次加工するようにすれば、生産能力を増大させる
ことができる（図３参照）。全ての工程を２分割するこ
とができれば、生産能力も倍増する。しかしながら、そ
のようにするためにはライン長を倍にして全ての加工機
を移動しなければならず、生産能力の増大には自ずと限
界がある。かつ生産設備の改造中は生産を停止しなけれ
ばならず、実行不可能な場合が多い。逆に生産能力を低
減する場合には、理論的には１台の加工機をラインから
取り除き、その加工機で行っていた加工を他の加工機で
加工するようにすれば良いはずである。しかしながら、
後述の理由で通常各加工機はその加工のための専用機で
あることが多く、上記対応は現実的には実行不可能な場
合が多い。 ・能率的な生産設備を実現するためには、各加工機が短
時間で加工を完了する必要がある。例えば、１時間あた
り１０台の生産を可能とするためには、最大でも６分以
内に各加工を終了しなければならない。このために、各
加工機は通常その加工のために専用に設計されており、
設備費を莫大なものとする原因となっている。また、加
工する製品が設計変更された場合の対応が困難である。 ・１台の加工機の故障が生産活動の全部を停止させてし
まう。 本発明は、ライン式生産設備の上記問題点を解決するも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、その
概念が模式的に図１に示されているように、素材Ｙに逐
次加工Ｋ１→Ｋ２・・・→Ｋｎして製品Ｚを生産する生
産設備であり、各加工Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれを
実行する加工機（Ｓｉｊ）が複数存在し（ｊ＝２以
上）、その複数の加工機（Ｓｉｊ）が半製品の搬入・搬
出設備（Ｌｉ）に対して半製品搬送手段（Ｕｉ）で結ば
れており、かつ、隣接する各加工のための搬入・搬出設
備（Ｌｉ、Ｌｉ＋１）間が半製品搬送手段（Ｖｉ，ｉ＋
１）で結ばれている。これを加工機に着目してみると、
加工機全体（Ｓｉｊ）がマトリクス式に配置されている
ことを特徴とする。このマトリクス式生産設備では、加
工Ｋｉが複数ある加工機（Ｓｉｊ、ここでｊ＝２以上）
のいずれかで実行される。即ち、同一の加工のために、
複数の加工機が用意されている。このマトリクス式生産
設備は、従来のライン式生産設備の様々な問題を解決す
る。

【０００５】・受注量の減少時には加工機Ｓｉｊの内の
１台をはずして加工機群をＳｉｊ−１とすることができ
る。はずされた加工機は別の目的に使用することがで
き、無駄の発生を防げる。 ・受注量の増大時にはｊ＋１台目の加工機を追加して加
工機群をＳｉｊ＋１とすることができる。必要な台数を
必要に応じて追加すれば良く、従来のように一度に大投
資せざるを得ないことがない。 ・上記の加工機の追加と除去作業は生産活動を停止させ
ることなく実行できる。 ・加工機の１台が故障しても、他の加工機を用いた生産
を継続できる。 ・複数の加工機が存在することから、各加工機による加
工が相対的に長時間であってもよい。例えば１台なら６
分以内に完了しなければならないところが、３台あれば
１８分で良いことになる。このために、図２に示す従来
のライン式生産設備によるときの加工単位よりも多くの
加工を集約して加工単位とすることが可能であり、かつ
それが好ましい。先の例でいうと、６分の許容時間が１
８分になることから、１台の加工機でより多くの加工が
可能となる。このように、１台の加工機で実行する加工
数を多くすることで、加工機の総数が膨大とならないよ
うにできる。 ・また、加工に要する時間が相対的に長時間となっても
良いことから、専用機をもちいずに汎用機で生産設備を
構成することも可能になる。

【０００６】請求項２の発明はこのための発明であり、
各単位加工（Ｋｉ）が、プログラムで制御される汎用加
工機で加工可能な単位に分類されていることを特徴とす
る。このようにすると、各加工機は汎用設備ですむこと
になり、設備費の低減が可能となる。またプラグラムの
切換で複数種類の混合生産への対応が可能となる。更
に、生産する製品の大改造時等にあっても、基本的にプ
ログラムの改良で対応でき、また、１台の汎用加工機を
用いたプログラムの動作実験で事前検証が可能であり、
製品改造時の準備期間を短縮化できる。

【０００７】請求項３の発明は、各加工機による各加工
に要する時間を各加工のための加工機の台数で除した値
が所定値以下となるように加工機の台数を調整するもの
である。上記の値が所定値以上では台数が少なすぎて加
工が間に合わないことに相当する。この値が所定値以下
となる最低台数に調整することで、無理・無駄の発生を
防止できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図４は本発明の実施の一形態を示
し、加工Ｋｉと加工Ｋｉ＋１を実行する部分を示してい
る。まず加工Ｋｉを実行する部分を説明する。これを加
工Ｋｉのための第ｉセルという。以下の説明において添
え字ｉを用いて説明する事項はｉ＝１〜ｎのセルに共通
なことを示している。

【０００９】加工Ｋｉを実行するために、この例の場
合、６台の汎用プログラマブル加工機Ｓｉ１〜Ｓｉ６が
用意されている。これらの加工機群（Ｓｉｊ。この例の
場合、ｊ＝６。なおｊの数はｉによって変動し、特定の
ｉに関するｊが１であることがある。）に半製品を搬入
し、加工機群で加工された半製品を搬出するために搬入
・搬出設備Ｌｉが用意されている。搬入・搬出設備Ｌｉ
は半製品の一時保管機能を有し、ストック棚４を備えて
いる。以下添え字のない記号で説明することはｉによら
ず共通の事象を説明するものとする。ストック棚４の前
面にはスタッカクレーン２が配置されている。スタッカ
クレーン２は、パレットチェンジャ６ａないし６ｂ上に
保管されているパレットとそのパレット上に位置決めさ
れている半製品を取り出して、ストック棚４の任意の位
置にパレットと半製品を収容し、ストック棚４の任意の
位置に収容されているパレットと半製品を取り出して、
パレットチェンジャ６ｂないし６ｃ上に搬送することが
できる。パレットチェンジャ６ｂと各加工機間は搬送ロ
ーダ８で接続されており、搬送ローダ８はパレットチェ
ンジャ６ｂ上に保管されているパレットとそのパレット
上に位置決めされている半製品を、任意の加工機に搬送
することができ、その加工機で加工された半製品とパレ
ットをその加工機から取り出して、パレットチェンジャ
６ｂ上に搬送することができる。

【００１０】各搬入・搬出設備ＬｉのＬｉ＋１側には搬
出＆Ｎ／ＲロボットＶｉが配置され、Ｌｉ−１側には搬
入＆Ｎ／ＲロボットＶ’ｉが配置されている。搬入＆Ｎ
／ＲロボットＶ’ｉはパレットとそのパレット上に位置
決めされている半製品を台１０上から取り出して、パレ
ットチェンジャ６ａ上に搬送することができる。搬出＆
Ｎ／ＲロボットＶｉはパレットチェンジャ６ａ上に置か
れているパレットと半製品を台１０上に搬送することが
できる。搬出＆Ｎ／ＲロボットＶｉと搬入＆Ｎ／Ｒロボ
ットＶ’ｉ＋１で、搬入・搬出設備ＬｉとＬｉ＋１間の
搬送手段が構成されている。

【００１１】この生産設備は下記のように作動して製品
を生産する。 ・ストック棚４からスタッカクレーン２で次に加工する
半製品が取り出されてパレットチェンジャ６ｂ上に置か
れる。 ・パレットチェンジャ６ｂ上に置かれた半製品が搬送ロ
ーダ８で、その時点では加工をしていない一台の加工機
（他の５台は加工中）に送られる。 ・その加工機が加工を開始する。 ・他の加工機で加工が終了する。 ・加工が終了した加工機から加工済みの半製品が搬送ロ
ーダ８で取り出され、パレットチェンジャ６ｂ上に置か
れる。 ・パレットチェンジャ６ｂ上に置かれた半製品がスタッ
カクレーン２でストック棚４の空位置に収容される。 ・収容された加工済み半製品がスタッカクレーン２で取
り出されてパレットチェンジャ６ｃ上に置かれる。 ・パレットチェンジャ６ｃ上に置かれた半製品は搬出＆
Ｎ／ＲロボットＶによって台１０上に置かれる。 ・台１０上に置かれた半製品は搬入＆Ｎ／Ｒロボット
Ｖ’によってパレットチェンジャ６ａ上に置かれる。 ・パレットチェンジャ６ａ上に置かれた半製品はスタッ
カクレーン６でストック棚４の空位置に収容される。

【００１２】以上の動作が繰り返し実行される。この結
果、加工Ｋｉがｊ台の加工機で時期をずらしながら同時
に加工される。またｉ＝１〜ｎのそれぞれで同時に実行
される。このようにしてマトリクス式に配置された加工
機の全部が無駄なく利用される。

【００１３】このマトリクス式生産設備の場合、図５の
示すように、加工Ｋｉのための加工時間に余裕が生じれ
ば、ｊ番目の加工機を取り外して別の用途に用いること
ができる。汎用機であるために、このような使い方がで
きる。一方、加工Ｋｉのための加工に手間取り、生産が
需要に追いつかないときには、ｊ＋１番目の汎用機を追
加する。このことで増大した需要に対応可能となる。こ
のように、このマトリクス式生産設備によると、必要な
時に必要な台数を増減することで需要の変動に対応でき
る。しかも、加工機の追加と削除のための作業を他の生
産活動を停止させることなく実行できる。更に、１台の
加工機が故障しても、他の加工機を用いた生産が継続で
き、生産の完全停止といった深刻な事態の発生を防ぐこ
とができる。

【００１４】なお、上記では加工機Ｓｉｊの１台１台が
物理的にも１台の加工機で構成される場合について説明
したが、複数の加工機で加工Ｋｉが実行されることもあ
る。この場合それらの複数の加工機の全体がここでいう
一つの加工機Ｓｉｊである。また、加工Ｋｉのときのパ
レットと加工Ｋｉ＋１のときのパレットが相違してい
て、それぞれの加工に適したものであっても良い。セル
間でのパレットの交換はパレットチェンジャ６ａ，６
ｂ，６ｃを利用して実行できる。また、パレットがもっ
ぱら半製品の搬送のために用いられ、加工機に半製品が
セットされる際には半製品がパレットから取り出される
方式であってもよい。あるいは搬送手段がパレットを用
いることなく、半製品を直接搬送する方式であっても良
い。

【００１５】なお他品種の混合生産の場合、加工Ｋｉが
正確に言うと生産する製品の種類毎に細かく分かれてい
ても良い。例えば加工Ｋｉがエンジンにスロットル調整
部品を組み付ける場合、トラクションコントロール付き
のエンジンと無いエンジンとで異なる部品を取り付ける
ようなものであっても良い。実施の形態ではストック棚
を利用しており、その棚位置のコントロールによって、
多品種の混合生産への対応が容易にできる。なお、各セ
ルに半製品を搬入する設備、および各セルから半製品を
搬出する設備は、セル間の搬送手段と一体に構成するこ
ともできる。例えば、複数のセルが半製品用の搬送コン
ベアに沿って配置され、そのコンベア上を流れる半製品
がセル内搬送手段に移送され、セル内搬送手段で送られ
てきた半製品がセル間の半製品コンベアに移送される設
備によって、セルに対する半製品の搬入・搬出設備を構
成することが可能である。搬入・搬出設備には半製品の
一時的保管機能が必ずしも必要とされないのである。

【００１６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、少ない費用と
簡単な作業で、生産設備の能力を需要変動に応じて小刻
みに調整できる。また多くの場合に汎用の加工機を用い
ることが可能になる。更に、設備の故障時に柔軟に対応
することが可能となる。請求項２の発明によると、生産
する製品の改造時に主としてプログラムを改良すること
で対応可能となり、短時間で対応できるようになる。ま
た、設備設置コストが低減される。請求項３に記載の発
明によると、必要最小限の加工機を能率的に用いて必要
な生産活動を継続することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマトリクス式生産設備の概念を模式的
に示す図である。

【図２】従来のライン式生産設備を模式的に示す図であ
る。

【図３】従来のライン式生産設備の問題点を説明する図
である。

【図４】実施の形態の一例を示す図である。

【図５】実施の形態によって問題が解決されることを説
明する図である。

【符号の説明】

Ｓｉｊ 加工機 Ｌｉ 搬入・搬出設備 Ｕｉ 半製品搬送手段 Ｖｉ，ｉ＋１ 半製品搬送手段 ２ スタッカクレーン ４ ストック棚 ６ パレットチェンジャ ８ 搬送ローダ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材Ｙに逐次加工Ｋ１→Ｋ２・・・→Ｋ
   ｎして製品Ｚを生産する生産設備であり、 各加工Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれを実行する加工機
   （Ｓｉｊ）が複数存在し（ｊ＝２以上）、 その複数の加工機（Ｓｉｊ）が半製品の搬入・搬出設備
   （Ｌｉ）に対して半製品搬送手段（Ｕｉ）で結ばれてお
   り、 かつ隣接する、各加工のための搬入・搬出設備
   （Ｌｉ、Ｌｉ＋１）間が半製品搬送手段（Ｖｉ，ｉ＋
   １）で結ばれているマトリクス式生産設備。
2. 【請求項２】 請求項１の生産設備において、各単位加
   工（Ｋｉ）が、プログラムで制御される汎用加工機で加
   工可能な単位に分類されていることを特徴とするマトリ
   クス式生産設備。
3. 【請求項３】 請求項１の生産設備において、各加工機
   による各加工に要する時間を各加工のための加工機の台
   数で除した値が所定値以下となる台数とされていること
   を特徴とするマトリクス式生産設備。