製造ライン設計装置および製造ライン設計方法
【課題】産業機械やモータ、タービンなどの個別受注製品の製造ライン設計に関して、工場レイアウトにおける仕掛り品置き場の仕掛り数（バッファ数）を適正化する製造ライン設計装置及び製造ライン設計方法を提供する。
【解決手段】製造ライン設計装置１１０は、製造ラインをシミュレーションにより、将来の生産能力や仕掛数を予測する生産シミュレーション実行部１１１２と、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数に対して、各工程のバッファ数の割合であるバッファ利用率を計算するバッファ利用率算出部１１１３と、バッファ利用効率が低い工程からバッファ数を順次削減させ、全体のバッファ数を最小化するまで繰返し演算し、工程間のバッファ数を決定するバッファ数削減実行部１１１５、を備える。
【解決手段】製造ライン設計装置１１０は、製造ラインをシミュレーションにより、将来の生産能力や仕掛数を予測する生産シミュレーション実行部１１１２と、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数に対して、各工程のバッファ数の割合であるバッファ利用率を計算するバッファ利用率算出部１１１３と、バッファ利用効率が低い工程からバッファ数を順次削減させ、全体のバッファ数を最小化するまで繰返し演算し、工程間のバッファ数を決定するバッファ数削減実行部１１１５、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械やモータ、タービンなどの個別受注製品の製造ライン設計に関して、工場レイアウトにおける仕掛り品置き場の仕掛り数（バッファ数）の適正化に関する製造ライン設計装置及び製造ライン設計方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しい製造ラインの立ち上げのための製造ライン設計では、目標生産量達成や仕掛り数削減を目的として、設備台数や工場レイアウト、タクトタイムなどの設計因子を決定する。特に、大型機械組立製品を対象とする場合、仕掛り品の運搬や置き場の確保の観点から、工場レイアウト設計における仕掛り品置き場の仕掛り数(バッファ数)の適正化が重要な課題となる。具体的には、バッファ数を小さくすると、設備故障などの変動要因により、工程間の仕掛り品の不足が発生し、当該故障設備の故障期間中に他の設備が稼働できなくなり、目標生産量を達成できない場合がある。また、バッファ数を大きくすると、無駄な仕掛りを抱え、収益が悪化する。そのため、バッファ数は、目標生産量に到達し、かつ適正な仕掛り数に基づき、設計する必要がある。
【０００３】
製造ライン設計において生産量や仕掛り数を評価する技術として、製造ラインシミュレーションがある。例えば特許文献1では、製造ラインを仮想的にモデル化してライン内を流れるワークの挙動を予測し、あらかじめ目標のバッファ数を設定することで、シミュレーションを実行し、生産量の達成度を評価する。また、目標の生産量に達成していない場合、目標のバッファ数を再設定して、シミュレーションを実行し、生産量の改善を確認することができる製造ライン能力評価技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１では、試行錯誤で製造ラインのバッファを作成し、その都度製造ラインシミュレーションを実施して、生産量を評価するため、設計評価時間が長いという問題があった。例えば、バッファ設計における設計変数は、各工程前のバッファであり、工程数が増加すると、各工程前のバッファの組み合わせは、指数関数的に増加する。例えば、工程数が10個の製造ラインについて考える。ここで簡単な例として、各工程前のバッファについて1台と0台の２通りのバッファ数を検討することを考える。この場合、組み合わせ数、つまりバッファ設計案の数は、210個(1024個)となる。ここで、製造ラインのシミュレーションの評価１回に要する時間が約１時間である場合、設計案評価1回の所要時間(約1時間)と設計案数(1024個)の積より、設計評価時間は1024時間（約43日）となる。設計評価時間の長期化は、製造ライン設計期間の長期化につながるため、バッファ数の設計評価時間の短縮が課題である。
【０００６】
そこで、本発明では、工場レイアウトにおける仕掛り品置き場の最大容量（バッファ数）の設計を対象として、各バッファの要・不要を判定するための設計指標を新たに定義することで、短時間でのバッファ数の設計を実現する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明では、製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計装置を、将来予測される受注情報の全ての製品の作業の進行を計画して、作業履歴情報を作成する生産シミュレーション実行部と、前記作業履歴情報より、各工程前バッファの仕掛り量、最大バッファ利用率、平均バッファ利用率、生産量を計算するバッファ利用率算出部と、前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数増加実行部と、前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数削減実行部と、増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記処理を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する実行結果表示部とを備えて構成した。
【０００８】
また、上記課題を解決するために本発明では、製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計方法において、将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成する生産シミュレーションを行い、前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、および前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算し、前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記工程を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工場レイアウトにおけるバッファ数の設計において、最小のバッファ数を短時間で導出することが可能となる。これにより、目標生産量を達成し、かつ最小の仕掛数を維持できる製造ライン設計が可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】製造現場における作業工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置の概略図を示す図である。
【図３】本発明の一実現形態である受注情報を示す図である。
【図４】本発明の一実現形態である作業工程経路情報を示す図である。
【図５】本発明の一実現形態である設備情報を示す図である。
【図６】本発明の一実現形態である製品置き場情報を示す図である。
【図７】本発明の一実現形態である作業時間情報を示す図である。
【図８】本発明の一実現形態である作業履歴情報を示す図である。
【図９】本発明の一実現形態であるハードウェア構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数を決定する処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置の製造ラインシミュレーションを実行する処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ利用率算出部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数増加実行部の処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数削減実行部の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１６】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１７】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１８】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１９】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実現形態について説明する。
本発明では、工場レイアウトにおけるバッファ数の設計を対象とする。図１は、ある製造作業現場における作業工程フローの例である。以下、本例を対象として本発明の詳細を説明する。図１に示すように、対象とする製造作業現場の作業工程フローには、寸法旋盤、外形旋盤などの名称の作業工程があり、各作業工程の間には部品置き場が存在する。本発明における製造ライン設計装置では、例えば、製造ラインにおける作業工程の間の各部品置き場の仕掛品を置く最大容量（バッファ数）を算出し、利用者に提供する。
【００１２】
図２は、製造ライン設計装置１１０の概略図である。図示するように、製造ライン設計装置１１０は、制御部１１１と、入力部１１２、出力部１１３、通信部１１４、記憶部１１５を備える。また、制御部１１１は、情報取得部１１１１と、生産シミュレーション実行部１１１２と、バッファ利用率算出部１１１３と、バッファ数増加実行部１１１４と、バッファ数削減実行部１１１５と、実行結果表示部１１１６とを備える。
【００１３】
入力部１１２は、情報の入力を受け取る。出力部１１３は、情報を出力する。通信部１１４は、ネットワーク１９０を介した情報の送受信を行う。記憶部１１５は、受注情報記憶部１１５１と、作業工程経路情報記憶部１１５２と、設備情報記憶部１１５３と、部品置き場情報記憶部１１５４と、作業時間情報記憶部１１５５と、作業履歴情報記憶部１１５６を備える。
【００１４】
図２に記載した製造ライン設計装置１１０は、例えば、図９（コンピュータ９００の概略図）に示すような、ＣＰＵ(Central Processing Unit)９０１と、メモリ９０２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の外部記憶装置９０３と、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の可搬性を有する記憶媒体９０４に対して情報を読み書きする読取装置９０５と、キーボードやマウスなどの入力装置９０６と、ディスプレイなどの出力装置９０７と、通信ネットワークに接続するためのＮＩＣ(Network Interface Card)等の通信装置９０８と、を備えた一般的なコンピュータ９００で実現できる。
【００１５】
図３は、図２に記載の受注情報記憶部１１５１のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図３において、ファイルフォーマット１１５１は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、製品を納め先に出荷する納期を登録するためのフィールド、顧客の納め先を登録するためのフィールド、製品を製造する作業工程経路の識別番号である作業工程経路番号を登録するためのフィールドを備えている。
【００１６】
図４は、図２に記載の作業工程経路情報記憶部１１５２のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図４において、ファイルフォーマット１１５２は、製品種類ごとに予めパターン化された作業工程経路の識別番号である作業工程経路番号を登録するためのフィールド、作業工程経路内の作業工程の順番を示す作業工程番号を登録するためのフィールド、作業工程の名称を示す作業工程名称を登録するためのフィールド、を備えている。
【００１７】
図５は、図２に記載の設備情報記憶部１１５３のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図５において、ファイルフォーマット１１５３は、設備番号を登録するためのフィールド、該当設備の名称を登録するためのフィールド、該当設備が使用される作業工程経路番号を登録するためのフィールド、該当設備が使用される作業工程経路内の作業工程番号を登録するためのフィールドを備えている。
【００１８】
図６は、図２に記載の製品置き場情報記憶部１１５４のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図６において、ファイルフォーマット１１５４は、製品置き場の識別番号である製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品置き場番号の容量を登録するためのフィールド、該当製品置き場番号に該当する作業工程名称を登録するためのフィールド、を備えている。
【００１９】
図７は、図２に記載の作業時間情報記憶部１１５５のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図７において、ファイルフォーマット１１５５は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が製造処理を必要とする作業工程の作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が製造処理される作業工程で要する作業時間を登録するためのフィールド、を備えている。
【００２０】
図８は、図２に記載の作業履歴情報記憶部１１５６のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図８において、ファイルフォーマット１１５６は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号の処理の状態を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を開始した時刻を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を終了した時刻を登録するためのフィールド、を備えている。
【００２１】
次に、本発明に関わる製造ライン設計装置１１０が実行する処理プログラムについて、図１０を用いて順に説明する。
図１０は、本発明に関わる製造ライン設計装置１１０が実行するバッファ数を決定する処理を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、情報取得部１１１１は、記憶部１１５より、将来予測される計画対象の受注情報、作業工程経路情報、設備情報、製品置き場情報、作業時間情報を入力データとして読み込む（Ｓ１０）。
【００２３】
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、現在から将来への生産シミュレーションを実行する（Ｓ２０）。なお、このステップＳ２０の詳細は、図１１を用いて説明する。
次に、バッファ利用率算出部１１１３では、製造ラインシミュレーションの実行結果からバッファ利用率を算出し、目標生産量の到達を判定する（Ｓ３０）。
なお、このステップＳ３０の詳細は、図１２を用いて説明する。
【００２４】
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、目標生産量に到達していない場合に、バッファ数の増加を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する（Ｓ４０）。但し、増加可能なバッファが 無ければ終了する。
なお、このステップＳ４０の詳細は、図１３を用いて説明する。
【００２５】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、バッファ数の削減を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する。但し、削減可能なバッファが無ければ終了する（Ｓ５０）。
なお、このステップＳ５０の詳細は、図１4を用いて詳細に説明する。
次に、実行結果表示部１１１６は、ステップＳ５０までに計算した結果を表示する（Ｓ６０）。なお、このステップＳ６０の詳細は、図１５、１６、１７、１８、１９を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１１は、図１０におけるステップＳ２０における製造ラインシミュレーションを実行する処理を示すフローチャートである。
まず、生産シミュレーション実行部１１１２は、記憶部１１５に格納されている受注情報記憶部１１５１と、作業工程経路情報記憶部１１５２と、設備情報記憶部１１５３、作業時間情報記憶部１１５５から、対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間に関わる情報を取り込む（Ｓ２０１）。
【００２７】
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、受注情報記憶部１１５１に格納されている全ての製品の計画(設備への割り付け計画)を立案するために全製品の数だけ処理ステップＳ２０３〜Ｓ２０９を繰り返す（Ｓ２０２）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返す（Ｓ２０３）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象工程に該当する設備の数だけ処理ステップＳ２０５〜Ｓ２０６を繰り返す（Ｓ２０４）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品、対象工程の該当日時に使用可能な設備が存在しているか確認する（Ｓ２０５）。
【００２８】
生産シミュレーション実行部１１１２は、使用可能な設備が存在していれば、ステップＳ２０６へ進み、使用可能な設備に該当製品を、該当日時に作業時間分だけ割り付け、ステップＳ２０３に進み、次の工程を対象とする（Ｓ２０６）。また、その際、作業履歴情報記憶部１１５６に製品番号、作業工程番号、状態として“作業中”、設備名、作業開始時刻、作業完了時刻を記録する。
【００２９】
また、生産シミュレーション実行部１１１２は、使用可能な設備が存在していなければ、ステップＳ２０７へ進み、すべての対象設備で繰り返す。すべての設備で使用可能な設備がなければ、ステップＳ２０８へ進み、該当日時を単位時間分、先に進め（Ｓ２０８）、ステップＳ２０５へ進む。また、その際、作業履歴情報記憶部１１５６に製品番号、作業工程番号、状態として“作業前停滞中”、部品置き場名、作業開始時刻、作業完了時刻を記録する。
【００３０】
上記、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返し（Ｓ２０９）、全ての対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０３〜Ｓ２０９を繰り返す（Ｓ２１０）。
【００３１】
図１２は、図１０におけるステップＳ３０における製造ラインシミュレーションの実行結果からバッファ利用率を算出し、目標生産量の到達を判定する処理であるバッファ利用率算出部１１１３の処理を示すフローチャートである。
【００３２】
ここで、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,i、の定義を次式に示す。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２】
【００３５】
WIPMAX,i：工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の最大仕掛り数 [台]
WIPAVE,i：工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数 [台]
NBuffer,i：工程i前バッファ数(バッファに置ける仕掛り品の最大数) [台]
バッファ利用率は、シミュレーション期間内でそのバッファが実際にどの程度利用されているかを表す指標である。例えばある工程ｉ前バッファにおいて、最大バッファ利用率αMAX,iが１より小さい場合、期間内の最大仕掛り数がバッファ数に達していないことを示しており、期間内に一度もバッファが満たされなかったことが分かり、不要なバッファがあることが分かり、削減可能である。また、平均バッファ利用率αAVE,iが小さい場合は、期間内にそのバッファに仕掛りが溜まる頻度が小さいことを表しており、そのバッファは削減することができる。一方、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい場合は、そのバッファの利用頻度が大きいことを表しており、生産量が目標に達していない場合は、バッファ数を増加させる必要がある。
【００３６】
そこで、バッファ利用率算出部１１１３では、以下の手順で、バッファ利用率を算出する。まず、バッファ利用率算出部１１１３は、ステップＳ２０のシミュレーション結果である作業履歴情報１１５６を読み込む（Ｓ３０１）。
【００３７】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、作業履歴情報１１５６から、仕掛り数を集計する（Ｓ３０２）。ここで仕掛り数は、シミュレーション結果から対象期間における各工程ｉ前バッファ(製品置き場)の最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算する。
【００３８】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、製品置き場情報１１５４と、ステップＳ３０２で計算した最大仕掛り数WIPMAX,iから、数式１に基づき、最大バッファ利用率αMAX,iを計算する（Ｓ３０３）
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、製品置き場情報１１５４と、ステップＳ３０２で計算した平均仕掛り数WIPAVE,iから、数式２に基づき、平均バッファ利用率αAVE,iを計算する（Ｓ３０４）。
【００３９】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、作業履歴情報１１５６から生産量を計算する。（Ｓ３０５）。ここで生産量は、シミュレーション結果から対象期間における平均生産量を計算する。
【００４０】
最後に、バッファ利用率算出部１１１３は、生産量が予め設定されていた目標生産量を達成していれば、ステップＳ５０へ進む。生産量が未達成であれば、ステップＳ４０へ進む（Ｓ３０６）、
図１３は、図１０におけるステップＳ４０におけるバッファ数の増加を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する処理であるバッファ数増加実行部１１１４の処理を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、バッファ数増加実行部１１１４は、Ｓ３０で計算したバッファ利用率、記憶部１１５に格納されている製品置き場情報１１５４を取り込む（Ｓ４０１）。
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、全工程の数だけ処理ステップＳ４０３〜Ｓ４０５を繰り返す（Ｓ４０２）。
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、工程 i において、平均バッファ利用率αAVE,i と上限しきい値ＵＢを比較し、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい場合は、ステップ４０４へ進み、平均バッファ利用率αAVE,iが小さい場合は、ステップ４０５へ進む（Ｓ４０３）。
【００４２】
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を増加させる(
Ｓ４０４）
【００４３】
（数３）
ＮBuffer,i ＝ ＮBuffer,i ＋ 1 （数式３）
上記、バッファ数増加実行部１１１４は、全工程の数だけ処理ステップＳ４０２〜Ｓ４０４を繰り返す（Ｓ４０５）。
【００４４】
次に、全ての工程のバッファの中で、増加させたバッファが１つでも有れば、ステップ２０へ進み、生産ラインシミュレーションを実行する。また、増加させたバッファが１つも無い場合には、ステップ６０へ進む（Ｓ４０６）。
【００４５】
図１４は、図１０におけるステップＳ５０におけるバッファ数の削減を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する処理であるバッファ数削減実行部１１１５の処理を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、バッファ数削減実行部１１１５は、Ｓ３０で計算したバッファ利用率、記憶部１１５に格納されている製品置き場情報１１５４を取り込む（Ｓ５０１）。
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、全工程の数だけ処理ステップＳ５０３〜Ｓ５０７を繰り返す（Ｓ５０２）。
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程 i において、最大バッファ利用率αMAX,i と“１”を比較し、最大バッファ利用率αMAX,iが“１”より小さい場合は、ステップ５０４へ進み、最大バッファ利用率αMAX,iが“１”の場合は、ステップ５０５へ進む（Ｓ５０３）。
【００４７】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を最大仕掛り数WIPMAX,iとする(Ｓ５０４）
【００４８】
（数４）
ＮBuffer,i ＝ WIPMAX,i （数式４）
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程 i において、平均バッファ利用率αAVE,i と下限しきい値ＬＢを比較し、平均バッファ利用率αAVE,iが下限しきい値ＬＢより小さい場合は、ステップ５０６へ進み、平均バッファ利用率αAVE,iが下限しきい値ＬＢより大きい場合は、ステップ５０７へ進む（Ｓ５０５）。
【００４９】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を削減する(Ｓ５０６）。
【００５０】
（数５）
ＮBuffer,i ＝ＮBuffer,i − 1 （数式５）
上記、バッファ数削減実行部１１１５は、全工程の数だけ処理ステップＳ５０２〜Ｓ５０６を繰り返す（Ｓ５０７）。
【００５１】
次に、全ての工程のバッファの中で、削減させたバッファが１つでも有れば、ステップ２０へ進み、生産ラインシミュレーションを実行する。また、削減させたバッファが１つも無い場合には、ステップ６０へ進む（Ｓ５０８）。
【００５２】
以上の処理で用いた、上限しきい値ＵＢ、下限しきい値ＬＢは、各工程のバッファ利用率を収める目標とする上限値、下限値を設定する。
【００５３】
最後に、ステップＳ６０の出力結果について説明する。
図１５は、出力画面１０００の一例を示す概略図である。出力画面１０００は、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１００１と、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１００２を示している。表示項目１００１は、平均バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した最終的な製造ラインシミュレーション結果のバッファ利用率及び、バッファ数を表示している。また、表示項目１００１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎のバッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢの範囲内に収まっていることが分かる。
【００５４】
図１６は、出力画面１０１０の一例を示す概略図である。出力画面１０１０は、製造ライン設計装置１１０が作成した最大バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１０１１と、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１０１２を示している。表示項目１０１１は、最大バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成したバッファ利用率及び、バッファ数の結果を表示している。また、表示項目１０１１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎のバッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ以下に収まっていることが分かる。
【００５５】
図１７は、出力画面１０２０の一例を示す概略図である。出力画面１０２０は、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１０２１と、該当工程、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１０２２を示している。表示項目１０２１は、平均バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸にシミュレーション回数を示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率及び、バッファ数の結果の推移を表示している。また、表示項目１０２１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎の平均バッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢの範囲内に収まるまで、シミュレーションを繰り返していることが分かる。
【００５６】
図１８は、出力画面１０３０の一例を示す概略図である。出力画面１０３０は、製造ライン設計装置１１０のシミュレーション結果である。表示項目１０３１は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号の処理の状態を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を開始した時刻を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を終了した時刻を登録するためのフィールド、を備えている。
【００５７】
図１９は、出力画面１０４０の一例を示す概略図である。出力画面１０４０は、製造ライン設計装置１１０のシミュレーション結果である作業工程毎の最大仕掛り数と平均仕掛り数を表示する。表示項目１０４１は、仕掛り数を縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した最大仕掛り数と平均仕掛り数の結果を表示している。
【符号の説明】
【００５８】
１１０…製造ライン設計装置、 １１１…制御部、 １１２…入力部、 １１３…出力部、 １１４…通信部、 １１５…記憶部、
９００…コンピュータ、 ９０１…ＣＰＵ(Central Processing Unit)、 ９０２…メモリ、 ９０３…外部記憶装置、 ９０４…可搬性を有する記憶媒体、 ９０５…読取装置、 ９０６…入力装置、 ９０７…出力装置、 ９０８…通信装置、
１０００…出力画面、 １００１…表示項目１、 １００２…表示項目２、 １０１０…出力画面、 １０１１…表示項目１、 １０１２…表示項目２、 １０２０…出力画面、 １０２１…表示項目１、 １０２２…表示項目２、 １０３０…出力画面、 １０３１…表示項目、 １０４０…出力画面、 １０４１…表示項目
１１１１…情報取得部、 １１１２…生産シミュレーション実行部、 １１１３…バッファ利用率算出部、 １１１４…バッファ数増加実行部、 １１１５…バッファ数削減実行部、 １１１６…実行結果表示部、
１１５１…受注情報記憶部、 １１５２…作業工程経路情報記憶部、 １１５３…設備情報記憶部、 １１５４…部品置き場情報記憶部、 １１５５…作業時間情報記憶部、 １１５６…作業履歴情報記憶部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械やモータ、タービンなどの個別受注製品の製造ライン設計に関して、工場レイアウトにおける仕掛り品置き場の仕掛り数（バッファ数）の適正化に関する製造ライン設計装置及び製造ライン設計方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しい製造ラインの立ち上げのための製造ライン設計では、目標生産量達成や仕掛り数削減を目的として、設備台数や工場レイアウト、タクトタイムなどの設計因子を決定する。特に、大型機械組立製品を対象とする場合、仕掛り品の運搬や置き場の確保の観点から、工場レイアウト設計における仕掛り品置き場の仕掛り数(バッファ数)の適正化が重要な課題となる。具体的には、バッファ数を小さくすると、設備故障などの変動要因により、工程間の仕掛り品の不足が発生し、当該故障設備の故障期間中に他の設備が稼働できなくなり、目標生産量を達成できない場合がある。また、バッファ数を大きくすると、無駄な仕掛りを抱え、収益が悪化する。そのため、バッファ数は、目標生産量に到達し、かつ適正な仕掛り数に基づき、設計する必要がある。
【０００３】
製造ライン設計において生産量や仕掛り数を評価する技術として、製造ラインシミュレーションがある。例えば特許文献1では、製造ラインを仮想的にモデル化してライン内を流れるワークの挙動を予測し、あらかじめ目標のバッファ数を設定することで、シミュレーションを実行し、生産量の達成度を評価する。また、目標の生産量に達成していない場合、目標のバッファ数を再設定して、シミュレーションを実行し、生産量の改善を確認することができる製造ライン能力評価技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１では、試行錯誤で製造ラインのバッファを作成し、その都度製造ラインシミュレーションを実施して、生産量を評価するため、設計評価時間が長いという問題があった。例えば、バッファ設計における設計変数は、各工程前のバッファであり、工程数が増加すると、各工程前のバッファの組み合わせは、指数関数的に増加する。例えば、工程数が10個の製造ラインについて考える。ここで簡単な例として、各工程前のバッファについて1台と0台の２通りのバッファ数を検討することを考える。この場合、組み合わせ数、つまりバッファ設計案の数は、210個(1024個)となる。ここで、製造ラインのシミュレーションの評価１回に要する時間が約１時間である場合、設計案評価1回の所要時間(約1時間)と設計案数(1024個)の積より、設計評価時間は1024時間（約43日）となる。設計評価時間の長期化は、製造ライン設計期間の長期化につながるため、バッファ数の設計評価時間の短縮が課題である。
【０００６】
そこで、本発明では、工場レイアウトにおける仕掛り品置き場の最大容量（バッファ数）の設計を対象として、各バッファの要・不要を判定するための設計指標を新たに定義することで、短時間でのバッファ数の設計を実現する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明では、製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計装置を、将来予測される受注情報の全ての製品の作業の進行を計画して、作業履歴情報を作成する生産シミュレーション実行部と、前記作業履歴情報より、各工程前バッファの仕掛り量、最大バッファ利用率、平均バッファ利用率、生産量を計算するバッファ利用率算出部と、前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数増加実行部と、前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数削減実行部と、増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記処理を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する実行結果表示部とを備えて構成した。
【０００８】
また、上記課題を解決するために本発明では、製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計方法において、将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成する生産シミュレーションを行い、前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、および前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算し、前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記工程を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工場レイアウトにおけるバッファ数の設計において、最小のバッファ数を短時間で導出することが可能となる。これにより、目標生産量を達成し、かつ最小の仕掛数を維持できる製造ライン設計が可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】製造現場における作業工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置の概略図を示す図である。
【図３】本発明の一実現形態である受注情報を示す図である。
【図４】本発明の一実現形態である作業工程経路情報を示す図である。
【図５】本発明の一実現形態である設備情報を示す図である。
【図６】本発明の一実現形態である製品置き場情報を示す図である。
【図７】本発明の一実現形態である作業時間情報を示す図である。
【図８】本発明の一実現形態である作業履歴情報を示す図である。
【図９】本発明の一実現形態であるハードウェア構成を示す図である。
【図１０】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数を決定する処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置の製造ラインシミュレーションを実行する処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ利用率算出部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数増加実行部の処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実現形態である製造ライン設計装置のバッファ数削減実行部の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１６】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１７】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１８】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【図１９】本発明の一実現形態であるバッファ設計数の出力結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実現形態について説明する。
本発明では、工場レイアウトにおけるバッファ数の設計を対象とする。図１は、ある製造作業現場における作業工程フローの例である。以下、本例を対象として本発明の詳細を説明する。図１に示すように、対象とする製造作業現場の作業工程フローには、寸法旋盤、外形旋盤などの名称の作業工程があり、各作業工程の間には部品置き場が存在する。本発明における製造ライン設計装置では、例えば、製造ラインにおける作業工程の間の各部品置き場の仕掛品を置く最大容量（バッファ数）を算出し、利用者に提供する。
【００１２】
図２は、製造ライン設計装置１１０の概略図である。図示するように、製造ライン設計装置１１０は、制御部１１１と、入力部１１２、出力部１１３、通信部１１４、記憶部１１５を備える。また、制御部１１１は、情報取得部１１１１と、生産シミュレーション実行部１１１２と、バッファ利用率算出部１１１３と、バッファ数増加実行部１１１４と、バッファ数削減実行部１１１５と、実行結果表示部１１１６とを備える。
【００１３】
入力部１１２は、情報の入力を受け取る。出力部１１３は、情報を出力する。通信部１１４は、ネットワーク１９０を介した情報の送受信を行う。記憶部１１５は、受注情報記憶部１１５１と、作業工程経路情報記憶部１１５２と、設備情報記憶部１１５３と、部品置き場情報記憶部１１５４と、作業時間情報記憶部１１５５と、作業履歴情報記憶部１１５６を備える。
【００１４】
図２に記載した製造ライン設計装置１１０は、例えば、図９（コンピュータ９００の概略図）に示すような、ＣＰＵ(Central Processing Unit)９０１と、メモリ９０２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の外部記憶装置９０３と、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の可搬性を有する記憶媒体９０４に対して情報を読み書きする読取装置９０５と、キーボードやマウスなどの入力装置９０６と、ディスプレイなどの出力装置９０７と、通信ネットワークに接続するためのＮＩＣ(Network Interface Card)等の通信装置９０８と、を備えた一般的なコンピュータ９００で実現できる。
【００１５】
図３は、図２に記載の受注情報記憶部１１５１のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図３において、ファイルフォーマット１１５１は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、製品を納め先に出荷する納期を登録するためのフィールド、顧客の納め先を登録するためのフィールド、製品を製造する作業工程経路の識別番号である作業工程経路番号を登録するためのフィールドを備えている。
【００１６】
図４は、図２に記載の作業工程経路情報記憶部１１５２のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図４において、ファイルフォーマット１１５２は、製品種類ごとに予めパターン化された作業工程経路の識別番号である作業工程経路番号を登録するためのフィールド、作業工程経路内の作業工程の順番を示す作業工程番号を登録するためのフィールド、作業工程の名称を示す作業工程名称を登録するためのフィールド、を備えている。
【００１７】
図５は、図２に記載の設備情報記憶部１１５３のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図５において、ファイルフォーマット１１５３は、設備番号を登録するためのフィールド、該当設備の名称を登録するためのフィールド、該当設備が使用される作業工程経路番号を登録するためのフィールド、該当設備が使用される作業工程経路内の作業工程番号を登録するためのフィールドを備えている。
【００１８】
図６は、図２に記載の製品置き場情報記憶部１１５４のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図６において、ファイルフォーマット１１５４は、製品置き場の識別番号である製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品置き場番号の容量を登録するためのフィールド、該当製品置き場番号に該当する作業工程名称を登録するためのフィールド、を備えている。
【００１９】
図７は、図２に記載の作業時間情報記憶部１１５５のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図７において、ファイルフォーマット１１５５は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が製造処理を必要とする作業工程の作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が製造処理される作業工程で要する作業時間を登録するためのフィールド、を備えている。
【００２０】
図８は、図２に記載の作業履歴情報記憶部１１５６のファイルフォーマットの一実施形態を表す図である。図８において、ファイルフォーマット１１５６は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号の処理の状態を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を開始した時刻を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を終了した時刻を登録するためのフィールド、を備えている。
【００２１】
次に、本発明に関わる製造ライン設計装置１１０が実行する処理プログラムについて、図１０を用いて順に説明する。
図１０は、本発明に関わる製造ライン設計装置１１０が実行するバッファ数を決定する処理を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、情報取得部１１１１は、記憶部１１５より、将来予測される計画対象の受注情報、作業工程経路情報、設備情報、製品置き場情報、作業時間情報を入力データとして読み込む（Ｓ１０）。
【００２３】
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、現在から将来への生産シミュレーションを実行する（Ｓ２０）。なお、このステップＳ２０の詳細は、図１１を用いて説明する。
次に、バッファ利用率算出部１１１３では、製造ラインシミュレーションの実行結果からバッファ利用率を算出し、目標生産量の到達を判定する（Ｓ３０）。
なお、このステップＳ３０の詳細は、図１２を用いて説明する。
【００２４】
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、目標生産量に到達していない場合に、バッファ数の増加を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する（Ｓ４０）。但し、増加可能なバッファが 無ければ終了する。
なお、このステップＳ４０の詳細は、図１３を用いて説明する。
【００２５】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、バッファ数の削減を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する。但し、削減可能なバッファが無ければ終了する（Ｓ５０）。
なお、このステップＳ５０の詳細は、図１4を用いて詳細に説明する。
次に、実行結果表示部１１１６は、ステップＳ５０までに計算した結果を表示する（Ｓ６０）。なお、このステップＳ６０の詳細は、図１５、１６、１７、１８、１９を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１１は、図１０におけるステップＳ２０における製造ラインシミュレーションを実行する処理を示すフローチャートである。
まず、生産シミュレーション実行部１１１２は、記憶部１１５に格納されている受注情報記憶部１１５１と、作業工程経路情報記憶部１１５２と、設備情報記憶部１１５３、作業時間情報記憶部１１５５から、対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間に関わる情報を取り込む（Ｓ２０１）。
【００２７】
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、受注情報記憶部１１５１に格納されている全ての製品の計画(設備への割り付け計画)を立案するために全製品の数だけ処理ステップＳ２０３〜Ｓ２０９を繰り返す（Ｓ２０２）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返す（Ｓ２０３）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象工程に該当する設備の数だけ処理ステップＳ２０５〜Ｓ２０６を繰り返す（Ｓ２０４）。
次に、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品、対象工程の該当日時に使用可能な設備が存在しているか確認する（Ｓ２０５）。
【００２８】
生産シミュレーション実行部１１１２は、使用可能な設備が存在していれば、ステップＳ２０６へ進み、使用可能な設備に該当製品を、該当日時に作業時間分だけ割り付け、ステップＳ２０３に進み、次の工程を対象とする（Ｓ２０６）。また、その際、作業履歴情報記憶部１１５６に製品番号、作業工程番号、状態として“作業中”、設備名、作業開始時刻、作業完了時刻を記録する。
【００２９】
また、生産シミュレーション実行部１１１２は、使用可能な設備が存在していなければ、ステップＳ２０７へ進み、すべての対象設備で繰り返す。すべての設備で使用可能な設備がなければ、ステップＳ２０８へ進み、該当日時を単位時間分、先に進め（Ｓ２０８）、ステップＳ２０５へ進む。また、その際、作業履歴情報記憶部１１５６に製品番号、作業工程番号、状態として“作業前停滞中”、部品置き場名、作業開始時刻、作業完了時刻を記録する。
【００３０】
上記、生産シミュレーション実行部１１１２は、対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０４〜Ｓ２０８を繰り返し（Ｓ２０９）、全ての対象製品の計画を立案するために全工程の数だけ処理ステップＳ２０３〜Ｓ２０９を繰り返す（Ｓ２１０）。
【００３１】
図１２は、図１０におけるステップＳ３０における製造ラインシミュレーションの実行結果からバッファ利用率を算出し、目標生産量の到達を判定する処理であるバッファ利用率算出部１１１３の処理を示すフローチャートである。
【００３２】
ここで、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,i、の定義を次式に示す。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２】
【００３５】
WIPMAX,i：工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の最大仕掛り数 [台]
WIPAVE,i：工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数 [台]
NBuffer,i：工程i前バッファ数(バッファに置ける仕掛り品の最大数) [台]
バッファ利用率は、シミュレーション期間内でそのバッファが実際にどの程度利用されているかを表す指標である。例えばある工程ｉ前バッファにおいて、最大バッファ利用率αMAX,iが１より小さい場合、期間内の最大仕掛り数がバッファ数に達していないことを示しており、期間内に一度もバッファが満たされなかったことが分かり、不要なバッファがあることが分かり、削減可能である。また、平均バッファ利用率αAVE,iが小さい場合は、期間内にそのバッファに仕掛りが溜まる頻度が小さいことを表しており、そのバッファは削減することができる。一方、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい場合は、そのバッファの利用頻度が大きいことを表しており、生産量が目標に達していない場合は、バッファ数を増加させる必要がある。
【００３６】
そこで、バッファ利用率算出部１１１３では、以下の手順で、バッファ利用率を算出する。まず、バッファ利用率算出部１１１３は、ステップＳ２０のシミュレーション結果である作業履歴情報１１５６を読み込む（Ｓ３０１）。
【００３７】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、作業履歴情報１１５６から、仕掛り数を集計する（Ｓ３０２）。ここで仕掛り数は、シミュレーション結果から対象期間における各工程ｉ前バッファ(製品置き場)の最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算する。
【００３８】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、製品置き場情報１１５４と、ステップＳ３０２で計算した最大仕掛り数WIPMAX,iから、数式１に基づき、最大バッファ利用率αMAX,iを計算する（Ｓ３０３）
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、製品置き場情報１１５４と、ステップＳ３０２で計算した平均仕掛り数WIPAVE,iから、数式２に基づき、平均バッファ利用率αAVE,iを計算する（Ｓ３０４）。
【００３９】
次に、バッファ利用率算出部１１１３は、作業履歴情報１１５６から生産量を計算する。（Ｓ３０５）。ここで生産量は、シミュレーション結果から対象期間における平均生産量を計算する。
【００４０】
最後に、バッファ利用率算出部１１１３は、生産量が予め設定されていた目標生産量を達成していれば、ステップＳ５０へ進む。生産量が未達成であれば、ステップＳ４０へ進む（Ｓ３０６）、
図１３は、図１０におけるステップＳ４０におけるバッファ数の増加を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する処理であるバッファ数増加実行部１１１４の処理を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、バッファ数増加実行部１１１４は、Ｓ３０で計算したバッファ利用率、記憶部１１５に格納されている製品置き場情報１１５４を取り込む（Ｓ４０１）。
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、全工程の数だけ処理ステップＳ４０３〜Ｓ４０５を繰り返す（Ｓ４０２）。
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、工程 i において、平均バッファ利用率αAVE,i と上限しきい値ＵＢを比較し、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい場合は、ステップ４０４へ進み、平均バッファ利用率αAVE,iが小さい場合は、ステップ４０５へ進む（Ｓ４０３）。
【００４２】
次に、バッファ数増加実行部１１１４は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を増加させる(
Ｓ４０４）
【００４３】
（数３）
ＮBuffer,i ＝ ＮBuffer,i ＋ 1 （数式３）
上記、バッファ数増加実行部１１１４は、全工程の数だけ処理ステップＳ４０２〜Ｓ４０４を繰り返す（Ｓ４０５）。
【００４４】
次に、全ての工程のバッファの中で、増加させたバッファが１つでも有れば、ステップ２０へ進み、生産ラインシミュレーションを実行する。また、増加させたバッファが１つも無い場合には、ステップ６０へ進む（Ｓ４０６）。
【００４５】
図１４は、図１０におけるステップＳ５０におけるバッファ数の削減を実行し、再度、製造ラインシミュレーションを実行する処理であるバッファ数削減実行部１１１５の処理を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、バッファ数削減実行部１１１５は、Ｓ３０で計算したバッファ利用率、記憶部１１５に格納されている製品置き場情報１１５４を取り込む（Ｓ５０１）。
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、全工程の数だけ処理ステップＳ５０３〜Ｓ５０７を繰り返す（Ｓ５０２）。
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程 i において、最大バッファ利用率αMAX,i と“１”を比較し、最大バッファ利用率αMAX,iが“１”より小さい場合は、ステップ５０４へ進み、最大バッファ利用率αMAX,iが“１”の場合は、ステップ５０５へ進む（Ｓ５０３）。
【００４７】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を最大仕掛り数WIPMAX,iとする(Ｓ５０４）
【００４８】
（数４）
ＮBuffer,i ＝ WIPMAX,i （数式４）
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程 i において、平均バッファ利用率αAVE,i と下限しきい値ＬＢを比較し、平均バッファ利用率αAVE,iが下限しきい値ＬＢより小さい場合は、ステップ５０６へ進み、平均バッファ利用率αAVE,iが下限しきい値ＬＢより大きい場合は、ステップ５０７へ進む（Ｓ５０５）。
【００４９】
次に、バッファ数削減実行部１１１５は、工程前バッファ数ＮBuffer,i を削減する(Ｓ５０６）。
【００５０】
（数５）
ＮBuffer,i ＝ＮBuffer,i − 1 （数式５）
上記、バッファ数削減実行部１１１５は、全工程の数だけ処理ステップＳ５０２〜Ｓ５０６を繰り返す（Ｓ５０７）。
【００５１】
次に、全ての工程のバッファの中で、削減させたバッファが１つでも有れば、ステップ２０へ進み、生産ラインシミュレーションを実行する。また、削減させたバッファが１つも無い場合には、ステップ６０へ進む（Ｓ５０８）。
【００５２】
以上の処理で用いた、上限しきい値ＵＢ、下限しきい値ＬＢは、各工程のバッファ利用率を収める目標とする上限値、下限値を設定する。
【００５３】
最後に、ステップＳ６０の出力結果について説明する。
図１５は、出力画面１０００の一例を示す概略図である。出力画面１０００は、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１００１と、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１００２を示している。表示項目１００１は、平均バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した最終的な製造ラインシミュレーション結果のバッファ利用率及び、バッファ数を表示している。また、表示項目１００１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎のバッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢの範囲内に収まっていることが分かる。
【００５４】
図１６は、出力画面１０１０の一例を示す概略図である。出力画面１０１０は、製造ライン設計装置１１０が作成した最大バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１０１１と、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１０１２を示している。表示項目１０１１は、最大バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成したバッファ利用率及び、バッファ数の結果を表示している。また、表示項目１０１１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎のバッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ以下に収まっていることが分かる。
【００５５】
図１７は、出力画面１０２０の一例を示す概略図である。出力画面１０２０は、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率とバッファ数を表示する表示項目１０２１と、該当工程、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示する表示項目１０２２を示している。表示項目１０２１は、平均バッファ利用率を左側の縦軸に示し、また、バッファ数を右側の縦軸に示し、横軸にシミュレーション回数を示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した平均バッファ利用率及び、バッファ数の結果の推移を表示している。また、表示項目１０２１に示す２本の線は、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢを表示している。本結果は、工程毎の平均バッファ利用率が、上限しきい値ＵＢ及び、下限しきい値ＬＢの範囲内に収まるまで、シミュレーションを繰り返していることが分かる。
【００５６】
図１８は、出力画面１０３０の一例を示す概略図である。出力画面１０３０は、製造ライン設計装置１１０のシミュレーション結果である。表示項目１０３１は、顧客である納め先から受注を受けたときに採番される識別番号である製品番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている作業工程番号を登録するためのフィールド、該当製品番号の処理の状態を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を開始した時刻を登録するためのフィールド、該当製品番号が現在仕掛かっている設備又は製品置き場番号で作業を終了した時刻を登録するためのフィールド、を備えている。
【００５７】
図１９は、出力画面１０４０の一例を示す概略図である。出力画面１０４０は、製造ライン設計装置１１０のシミュレーション結果である作業工程毎の最大仕掛り数と平均仕掛り数を表示する。表示項目１０４１は、仕掛り数を縦軸に示し、横軸に工程ＮＯを示しており、製造ライン設計装置１１０が作成した最大仕掛り数と平均仕掛り数の結果を表示している。
【符号の説明】
【００５８】
１１０…製造ライン設計装置、 １１１…制御部、 １１２…入力部、 １１３…出力部、 １１４…通信部、 １１５…記憶部、
９００…コンピュータ、 ９０１…ＣＰＵ(Central Processing Unit)、 ９０２…メモリ、 ９０３…外部記憶装置、 ９０４…可搬性を有する記憶媒体、 ９０５…読取装置、 ９０６…入力装置、 ９０７…出力装置、 ９０８…通信装置、
１０００…出力画面、 １００１…表示項目１、 １００２…表示項目２、 １０１０…出力画面、 １０１１…表示項目１、 １０１２…表示項目２、 １０２０…出力画面、 １０２１…表示項目１、 １０２２…表示項目２、 １０３０…出力画面、 １０３１…表示項目、 １０４０…出力画面、 １０４１…表示項目
１１１１…情報取得部、 １１１２…生産シミュレーション実行部、 １１１３…バッファ利用率算出部、 １１１４…バッファ数増加実行部、 １１１５…バッファ数削減実行部、 １１１６…実行結果表示部、
１１５１…受注情報記憶部、 １１５２…作業工程経路情報記憶部、 １１５３…設備情報記憶部、 １１５４…部品置き場情報記憶部、 １１５５…作業時間情報記憶部、 １１５６…作業履歴情報記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計装置であって、
将来予測される受注情報の全ての製品の作業の進行を計画して、作業履歴情報を作成する生産シミュレーション実行部と、
前記作業履歴情報より、各工程前バッファの仕掛り量、最大バッファ利用率、平均バッファ利用率、生産量を計算するバッファ利用率算出部と、
前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数増加実行部と、
前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数削減実行部と、
増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記処理を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する実行結果表示部と、を備えることを特徴とする製造ライン設計装置。
【請求項２】
前記生産シミュレーション実行部は、
将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項３】
前記バッファ利用率算出部は、
前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、
前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、
前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項４】
前記バッファ数増加実行部は、工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数WIPAVE,iを、工程i前バッファ数NBuffer,iで割ることで計算できる工程i前バッファの平均バッファ利用率αAVE,iを用いて、目標生産量に到達していない場合に、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい工程からバッファ数を順次増加させることで、目標生産量に到達することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項５】
前記バッファ数削減実行部は、工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数WIPAVE,iを、工程i前バッファ数NBuffer,iで割ることで計算できる工程i前バッファの平均バッファ利用率αAVE,iを用いて、平均バッファ利用効率αAVE,iが低い工程からバッファ数を順次削減させ、全体のバッファ数を最小化するまで繰返し演算し、工程間のバッファ数を決定することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項６】
前記実行結果表示部は、各工程のバッファ数に対して、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数の割合であるバッファ利用率を出力画面に表示することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項７】
製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計方法であって、
将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成する生産シミュレーションを行い、
前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、および前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算し、
前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、
前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、
増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記工程を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力することを特徴とする製造ライン設計方法。
【請求項８】
前記最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する処理は、各工程のバッファ数に対して、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数の割合であるバッファ利用率を出力画面に表示することを特徴とする請求項７に記載の製造ライン設計方法。
【請求項１】
製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計装置であって、
将来予測される受注情報の全ての製品の作業の進行を計画して、作業履歴情報を作成する生産シミュレーション実行部と、
前記作業履歴情報より、各工程前バッファの仕掛り量、最大バッファ利用率、平均バッファ利用率、生産量を計算するバッファ利用率算出部と、
前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数増加実行部と、
前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション実行部の処理を再実行するバッファ数削減実行部と、
増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記処理を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する実行結果表示部と、を備えることを特徴とする製造ライン設計装置。
【請求項２】
前記生産シミュレーション実行部は、
将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項３】
前記バッファ利用率算出部は、
前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、
前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、
前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項４】
前記バッファ数増加実行部は、工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数WIPAVE,iを、工程i前バッファ数NBuffer,iで割ることで計算できる工程i前バッファの平均バッファ利用率αAVE,iを用いて、目標生産量に到達していない場合に、平均バッファ利用率αAVE,iが大きい工程からバッファ数を順次増加させることで、目標生産量に到達することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項５】
前記バッファ数削減実行部は、工程i前バッファにおけるシミュレーション対象期間内の平均仕掛り数WIPAVE,iを、工程i前バッファ数NBuffer,iで割ることで計算できる工程i前バッファの平均バッファ利用率αAVE,iを用いて、平均バッファ利用効率αAVE,iが低い工程からバッファ数を順次削減させ、全体のバッファ数を最小化するまで繰返し演算し、工程間のバッファ数を決定することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項６】
前記実行結果表示部は、各工程のバッファ数に対して、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数の割合であるバッファ利用率を出力画面に表示することを特徴とする請求項１に記載の製造ライン設計装置。
【請求項７】
製造ラインのバッファ数を設計する製造ライン設計方法であって、
将来予測される受注情報の全ての対象製品、対象作業工程、対象設備、対象作業時間の情報に基づいて、全ての製品を使用可能な設備に順次、作業時間分だけ割り付け、時間の進行に従って、設備、または工程前バッファに仕掛かる時刻を記録した作業履歴情報を作成する生産シミュレーションを行い、
前記作業履歴情報より、各工程ｉ前バッファの最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを計算し、前記最大仕掛り数WIPMAX,i、平均仕掛り数WIPAVE,iを工程i前バッファ数NBuffer,iで割って、工程i前バッファの最大バッファ利用率αMAX,i、平均バッファ利用率αAVE,iを計算し、および前記作業履歴情報より、対象期間における平均生産量を計算し、
前記生産量が目標生産量を達成していない場合に、平均バッファ利用率が上限しきい値より大きい工程前バッファ数を増加させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、
前記生産量が目標生産量を達成した場合に、最大バッファ利用率が１より小さい工程前バッファ数を最大仕掛り数として、または平均バッファ利用率が下限しきい値より小さい工程前バッファ数を削減させて、前記生産シミュレーション処理を再実行し、
増加可能、または削減可能なバッファが無くなって前記工程を終了した際の最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力することを特徴とする製造ライン設計方法。
【請求項８】
前記最後のシミュレーション結果、各工程前バッファ数を出力する処理は、各工程のバッファ数に対して、シミュレーション期間における最大バッファ数、平均バッファ数の割合であるバッファ利用率を出力画面に表示することを特徴とする請求項７に記載の製造ライン設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−６５１２７（Ｐ２０１３−６５１２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２５２５（Ｐ２０１１−２０２５２５）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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