(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションする製造工程のシミュレーション方法であって、
１次元に配列された複数のセルとセル間を一方向に移動する粒子とによって前記製造工程を表現する１次元セルオートマトンモデルを構築するモデル構築ステップと、
前記１次元セルオートマトンモデルにおいて前記粒子を所定のルールに従って動作させることによって、前記製造工程における製造物の流れをシミュレーションするシミュレーションステップと、を含み、
前記所定の動作ルールは、粒子が存在するセルに隣接する次のセルが空いている場合、該粒子は第１の確率で次のセルに移動して第１の状態となり、次のセル内が空いていない場合、該粒子は前記第１の確率で第２の状態となり、第２の状態にある粒子が存在しているセルに隣接する次のセルが空いた場合、第２の状態にある粒子は第１の確率より大きい第２の確率で次のセルに移動し、前記第１の確率は粒子が存在しているセルにおける製造物の処理時間の逆数に等しいとのルールを含むこと
を特徴とする製造工程のシミュレーション方法。
【請求項２】
各製造工程における製造物の処理時間及び複数の製造物の製造順序を変更しながら前記シミュレーションステップを繰り返し実行し、前記処理時間及び前記製造順序の変更に伴う製造物の製造時刻の変化を評価するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造工程のシミュレーション方法。
【請求項３】
各製造工程における製造物の処理時間及び複数の製造物の製造順序を変更しながら前記シミュレーションステップを繰り返し実行し、前記処理時間及び前記製造順序の変更に伴う製造工程における製造物の流量と密度との関係の変化を評価するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の製造工程のシミュレーション方法。
【請求項４】
多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションする製造工程のシミュレーション装置であって、
１次元に配列された複数のセルとセル間を一方向に移動する粒子とによって前記製造工程を表現する１次元セルオートマトンモデルを構築するモデル構築手段と、
前記１次元セルオートマトンモデルにおいて前記粒子を所定のルールに従って動作させることによって、前記製造工程における製造物の流れをシミュレーションするシミュレーション手段と、を備え、
前記所定の動作ルールは、粒子が存在するセルに隣接する次のセルが空いている場合、該粒子は第１の確率で次のセルに移動して第１の状態となり、次のセル内が空いていない場合、該粒子は前記第１の確率で第２の状態となり、第２の状態にある粒子が存在しているセルに隣接する次のセルが空いた場合、第２の状態にある粒子は第１の確率より大きい第２の確率で次のセルに移動し、前記第１の確率は粒子が存在しているセルにおける製造物の処理時間の逆数に等しいとのルールを含むこと
を特徴とする製造工程のシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションする製造工程のシミュレーション方法及びシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セルオートマトン（cellular automaton）モデルを用いて様々な物理現象のシミュレーションモデルを構築し、構築されたシミュレーションモデルを用いて様々な物理現象をシミュレーションする技術が知られている。具体的には、特許文献１には、セルオートマトンモデルを用いて粉粒体のシミュレーションモデルを構築し、構築されたシミュレーションモデルを用いて粉粒体の挙動をシミュレーションする技術が提案されている。なお、セルオートマトンモデルとは、格子状のセルと単純なルールとに基づいた離散的なシミュレーションモデルであり、セルラオートマトンモデルと呼ばれることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のセルオートマトンモデルには、以下に示すような問題点がある。以下、図５，図６を参照して、従来のセルオートマトンモデルの問題点について説明する。
【０００５】
図５は、多段に連なった製造物の製造工程を表現した１次元セルオートマトンモデルを示す模式図である。図中、複数のセル１００＿１〜Ｎはそれぞれ製造物の製造工程１〜Ｎを表している。また、セル中の粒子１０１は製造物を表しており、１つのセル内には１つの粒子しか存在できない。また、一般に、各製造工程での処理時間は、製造工程及び製造物の種類に依存し、製造工程及び製造物の種類がそれぞれｍ種類及びｎ種類である場合、Ｘｉｊ（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）で表される。各セルには、粒子１０１が隣接する次のセルへ移動する確率（ポップ確率）ｐｉｊが定義されており、製造工程をシミュレーションする際にはポップ確率ｐｉｊ＝１／Ｘｉｊとすることが妥当である。ホップ確率が１を超えてしまうようなケース（処理時間＜１）には、ホップ確率≦１となるよう、各処理時間を定数倍する等、適切なスケーリングがなされるものとする。
【０００６】
図５に示す１次元セルオートマトンモデルは、交通流のシミュレーションに用いられるＡＳＥＰ（非対称単純排他仮定）モデル（参考：“渋滞学”，２００６年、新潮選書ISBN978-4796658430）と同じ構成を有し、一見すると製造工程を正確に表現しているように見える。しかしながら、図５に示す１次元セルオートマトンモデルでは、隣接する次のセルに粒子１０１が存在する場合には以下に示すような問題が生じる。以下、図６（ａ），（ｂ）を参照して、隣接する次のセルに粒子１０１が存在する場合に生じる問題点について説明する。なお、図６（ａ），（ｂ）においては、簡単のため、粒子１０１のポップ確率ｐは全て同じとしている。
【０００７】
図６（ａ）に示す１次元セルオートマトンモデルの状態では、粒子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃはポップ確率ｐで隣接する次のセル１００に移動しようとする。しかしながら、１つのセルには１つの粒子１０１しか存在できないために、粒子１０１ａ，１０１ｂは隣接する次のセルに移動できず、図６（ｂ）に示すように、粒子１０１ｃが隣接する次のセルに移動した後に粒子１０１ｂだけが移動できるようになる。これは、粒子１０１ｃが存在するセル１００＿ｋ＋１に対応する製造工程ｋ＋１が終了してから粒子１０１ｂが存在するセル１００＿ｋに対応する製造工程ｋが開始されることを意味する。
【０００８】
しかしながら、現実の製造工程では、粒子１０１ｃが存在するセル１００＿ｋ＋１に対応する製造工程ｋ＋１が行われている間に粒子１０１ｂが存在するセル１００＿ｋに対応する製造工程ｋを行うことによって製造リードタイムを短縮することができる。このため、図５に示す１次元セルオートマトンモデルを用いて多段に連なった製造物の製造工程をシミュレーションした場合、製造リードタイムが現実の製造リードタイムと比較して長く計算されてしまう。製造リードタイムが正確に計算できない場合、各製造工程の処理時間を変更した時の全体の製造リードタイムの短縮効果や製造物の最適な製造順序を導出することによって、製造工程の操業形態の改善検討を行うことが困難になる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、多段に連なった製造物の製造工程全体のリードタイムを正確に計算することが可能な製造工程のシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る製造工程のシミュレーション方法は、多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションする製造工程のシミュレーション方法であって、１次元に配列された複数のセルとセル間を一方向に移動する粒子とによって前記製造工程を表現する１次元セルオートマトンモデルを構築するモデル構築ステップと、前記１次元セルオートマトンモデルにおいて前記粒子を所定のルールに従って動作させることによって、前記製造工程における製造物の流れをシミュレーションするシミュレーションステップと、を含み、前記所定の動作ルールは、粒子が存在するセルに隣接する次のセルが空いている場合、該粒子は第１の確率で次のセルに移動して第１の状態となり、次のセル内が空いていない場合、該粒子は前記第１の確率で第２の状態となり、第２の状態にある粒子が存在しているセルに隣接する次のセルが空いた場合、第２の状態にある粒子は第１の確率より大きい第２の確率で次のセルに移動し、前記第１の確率は粒子が存在しているセルにおける製造物の処理時間の逆数に等しいとのルールを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る製造工程のシミュレーション方法は、上記発明において、各製造工程における製造物の処理時間及び複数の製造物の製造順序を変更しながら前記シミュレーションステップを繰り返し実行し、前記処理時間及び前記製造順序の変更に伴う製造物の製造時刻の変化を評価するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る製造工程のシミュレーション方法は、上記発明において、各製造工程における製造物の処理時間及び複数の製造物の製造順序を変更しながら前記シミュレーションステップを繰り返し実行し、前記処理時間及び前記製造順序の変更に伴う製造工程における製造物の流量と密度との関係の変化を評価するステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る製造工程のシミュレーション装置は、多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションする製造工程のシミュレーション装置であって、１次元に配列された複数のセルとセル間を一方向に移動する粒子とによって前記製造工程を表現する１次元セルオートマトンモデルを構築するモデル構築手段と、前記１次元セルオートマトンモデルにおいて前記粒子を所定の動作ルールに従って動作させることによって、前記製造工程における製造物の流れをシミュレーションするシミュレーション手段と、を備え、前記所定の動作ルールは、粒子が存在するセルに隣接する次のセルが空いている場合、該粒子は第１の確率で次のセルに移動して第１の状態となり、次のセル内が空いていない場合、該粒子は前記第１の確率で第２の状態となり、第２の状態にある粒子が存在しているセルに隣接する次のセルが空いた場合、第２の状態にある粒子は第１の確率より大きい第２の確率で次のセルに移動し、前記第１の確率は粒子が存在しているセルにおける製造物の処理時間の逆数に等しいとのルールを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシミュレーション方法及びシミュレーション装置によれば、多段に連なった製造工程全体のリードタイムを正確に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態であるセルオートマトンモデルにおける粒子の動作ルールを示す模式図である。
【図３】図３は、製造工程における製造物の流れを示すガントチャートである。
【図４】図４は、製造工程における製造物の流れを示す製造物の流量−密度曲線である。
【図５】図５は、多段に連なった製造物の製造工程を表現した１次元セルオートマトンモデルを示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示す１次元セルオートマトンモデルの問題点を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるシミュレーション装置の構成及びその動作について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態であるシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるシミュレーション装置１は、スケジュールデータデータベース（スケジュールデータＤＢ）２、入力部３、シミュレーション部４、シミュレーション結果集計・加工部５、及び結果表示部６を備えている。
【００１８】
スケジュールデータＤＢ２は、多段に連なった製造工程に投入される複数の製造物の各製造工程における処理時間及び投入順序（製造順序）に関する情報をスケジュールデータとして格納している。スケジュールデータＤＢ２に格納されているスケジュールデータは、１つだけではなく、同じ構成要素のものが製造順序を変えて複数格納されている。
【００１９】
入力部３は、スケジュールデータＤＢ２からシミュレーション対象のスケジュールデータを１つ選択し、選択したスケジュールデータをシミュレーション部４に入力する。
【００２０】
シミュレーション部４は、１次元に配列された複数のセルとセル間を一方向に移動する粒子とによって多段に連なった製造工程を表現する（１次元）セルオートマトンモデル４ａを備えている。シミュレーション部４は、入力部３から入力されたスケジュールデータに対応するセルオートマトンモデル４ａを構築し、構築されたセルオートマトンモデル４ａを用いて製造工程における製造物の流れをシミュレーションする。シミュレーション部４ａは、本発明に係るモデル構築手段及びシミュレーション手段として機能する。
【００２１】
本実施形態では、セルオートマトンモデル４ａは、図２（ａ）〜（ｃ）に示す動作ルールに従って粒子を動作させることによって、製造工程における製造物の流れをシミュレーションする。以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明の一実施形態であるセルオートマトンモデルにおける粒子の動作ルールについて説明する。
【００２２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、セルオートマトンモデル４ａにおける粒子の動作ルールを示す模式図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、セルオートマトンモデル４ａでは、粒子１０１が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いている場合、粒子１０１はポップ確率ｐ（０＜ｐ≦１）で次のセル１００に移動して状態Ａとなる。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示すように、粒子１０１が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いていない場合には、粒子１０１はポップ確率ｐで状態Ｂの粒子１０２となる。
【００２５】
また、図２（ｃ）に示すように、状態Ｂの粒子１０２が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いた場合、状態Ｂの粒子１０２はポップ確率ｑ（＞＞ｐ）で次のセル１００に移動する。なお、ポップ確率ｐは粒子１０１が存在しているセルにおける製造物の処理時間の逆数に等しいものとする。但し、ホップ確率が１を超えてしまうようなケース（処理時間＜１）には、ホップ確率≦１となるよう、各処理時間を定数倍する等、適切なスケーリングがなされるものとする。
【００２６】
このような粒子の動作ルールによれば、粒子１０１が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いていない場合であっても、粒子１０１はポップ確率ｐで状態Ｂの粒子１０２となり、次のセル１００が空いたタイミングで状態Ｂの粒子１０２はポップ確率ｐより大きいポップ確率ｑで次のセル１００に速やかに移動する。このため、セルオートマトンモデル４ａを用いることによって、隣接する次のセル１００に対応する製造工程が行われている間に粒子１０１が存在するセルに対応する製造工程を行う現実の製造工程を表現することができる。
【００２７】
これにより、セルオートマトンモデル４ａを用いて多段に連なった製造物の製造工程における製造物の流れをシミュレーションすることによって、製造工程全体のリードタイムを正確に計算することができる。また、この結果、各製造工程の処理時間を変更した時の製造工程全体のリードタイムの短縮効果や製造物の最適な製造順序を導出することによって、多段に連なった製造工程の操業形態の改善検討を行うことができる。
【００２８】
シミュレーション結果集計・加工部５は、シミュレーション部４の処理結果をガントチャートや製造物の流量−密度グラフ等に集計・加工して結果表示部６に出力する。
【００２９】
結果表示部６は、シミュレーション結果集計・加工部５の処理情報を表示出力する。具体的には、結果表示部６は、図３に示すようなガントチャートを表示出力することができる。図３に示すガントチャートは、各製造工程の製造開始時刻及び製造終了時刻と製造工程間での製造物の移動とを線で結んだチャートである。図３に示すガントチャートを見ることによって、オペレータは、各製造工程の空き時間や最終材の製造が完了するまでの所要時間等を容易に把握することができる。
【００３０】
なお、図３に示すガントチャートは、連なった４つの製造工程で３種類（１０個）の製造物を製造する際の製造物の流れをシミュレーションした事例である。図３に示すガントチャートから製造物が状態Ａから状態Ｂに変化した様子や状態Ｂになった製造物が速やかに製造工程間を移動する様子を確認することができる。図３に示す例では、状態Ｂにある粒子のポップ確率ｑは１とした。
【００３１】
また、結果表示部６は、図４に示すような製造物の流量−密度曲線を表示出力することができる。図４の横軸は、セルオートマトンモデル４ａ内の粒子密度（粒子密度が１００％である状態は全てのセルに粒子が存在している状態を表す）を示し、図４の縦軸は粒子の流量（セルオートマトンモデル４ａから単位時間当たりに出る粒子数）を示している。図４に示す例では、セル数を１００とし、簡単のためポップ確率ｐは全て同じとした。また、図４には、３種のポップ確率ｐ（＝０．２，０．５，０．８）の例を示してあり、ＡＳＥＰモデルを用いて求めた流量−密度曲線を実線で併記した。
【００３２】
図４に示すように、ＡＳＥＰモデルを用いて求めた流量−密度曲線のピーク位置は粒子密度が０．５である位置付近にあるのに対して、セルオートマトンモデル４ａを用いて求めた流量−密度曲線のピーク位置は粒子密度が０．５である位置より高密度側の位置にずれている。実際の製造工程において、複数の製造物は同期して移動し、最終の製造工程を出ることを考えると、密度の高い状態の方が高流量になることは納得できる結果である。これにより、セルオートマトンモデル４ａを用いることによって現実の製造工程における製造物の流れを正確にシミュレーションできることが確認された。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるシミュレーション装置１では、シミュレーション部４は、粒子１０１が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いている場合、粒子１０１はポップ確率ｐ（０＜ｐ≦１）で次のセル１００に移動して状態Ａとなり、次のセル１００が空いていない場合には、粒子１０１はポップ確率ｐで状態Ｂの粒子１０２となり、状態Ｂの粒子１０２が存在しているセルに隣接する次のセル１００が空いた場合、状態Ｂの粒子１０２はポップ確率ｑ（＞＞ｐ）で次のセル１００に移動するという動作ルールに従って粒子を動作させる。これにより、多段に連なった製造工程全体のリードタイムを正確に計算することができる。
【００３４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  シミュレーション装置
２  スケジュールデータデータベース（スケジュールデータＤＢ）
３  入力部
４  シミュレーション部
４ａ  セルオートマトンモデル
５  シミュレーション結果集計・加工部
６  結果表示部
【図１】
0005884193.tif 000002
【図２】
0005884193.tif 000003
【図３】
0005884193.tif 000004
【図４】
0005884193.tif 000005
【図５】
0005884193.tif 000006
【図６】
0005884193.tif 000007