(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数の前記プロセスの状態を示すプロセス状態情報を、前記システムを構成する少なくとも二つの前記プロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出する変換方式算出手段と、
前記変換方式算出手段によって算出された前記第１の変換方式に基づいて、前記プロセス状態情報から前記フロー情報を算出するフロー情報算出手段と、
前記フロー情報算出手段によって算出された前記フロー情報に基づいて、前記システムの制御計画を導出する制御計画算出手段と、を備える制御計画装置。
【請求項２】
前記変換方式算出手段は、
前記トポロジ情報に加えて、前記制御計画算出手段が導出する前記制御計画に含まれる目的指標を用いて前記第１の変換方式を算出する請求項１に記載の制御計画装置。
【請求項３】
前記変換方式算出手段は、
前記トポロジ情報に加えて、前記システムを構成する前記プロセスの前記プロセス状態情報を用いて前記第１の変換方式を算出する請求項１または２に記載の制御計画装置。
【請求項４】
前記フロー情報を前記システムへの制御指示に変換する第２の変換方式に基づいて、前記フロー情報から前記システムへの制御指示を算出する制御指示算出手段を備え、
前記変換方式算出手段は、
前記トポロジ情報を用いて前記第２の変換方式を算出する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御計画装置。
【請求項５】
前記変換方式算出手段は、
前記トポロジ情報に加えて、前記制御計画算出手段が導出する前記制御計画の目的指標を用いて前記第２の変換方式を算出する請求項４に記載の制御計画装置。
【請求項６】
前記変換方式算出手段は、
前記トポロジ情報に加えて、前記システムを構成する前記プロセスの前記プロセス状態情報を用いて前記第２の変換方式を算出する請求項４または５に記載の制御計画装置。
【請求項７】
前記制御指示算出手段は、
前記システムを構成する前記プロセスの前記プロセス状態情報と、前記プロセス状態情報に対応する前記制御指示との比較に基づいた情報を前記制御指示に含めて算出する請求項４乃至６のいずれか一項に記載の制御計画装置。
【請求項８】
複数の前記プロセスのそれぞれから前記プロセス状態情報を取得し、取得した前記プロセス状態情報を前記変換方式算出手段に出力するプロセス状態情報取得手段を備え、
前記プロセス状態情報取得手段は、
複数の前記プロセスのそれぞれの作業実績を前記プロセス状態情報として取得し、
前記変換方式算出手段は、
複数の前記プロセスのそれぞれの作業実績を少なくとも二つの前記プロセスの組合せの作業実績に変換する前記第１の変換方式を算出し、
前記フロー情報算出手段は、
前記第１の変換方式に基づいて、複数の前記プロセスのそれぞれの作業実績を少なくとも二つの前記プロセスの組合せの作業実績に変換して前記フロー情報を算出する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御計画装置。
【請求項９】
情報処理装置が、
システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数の前記プロセスの状態を示すプロセス状態情報を、前記システムを構成する少なくとも二つの前記プロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出し、
前記第１の変換方式に基づいて、前記プロセス状態情報から前記フロー情報を算出し、
前記フロー情報に基づいて、前記システムの制御計画を導出する制御計画方法。
【請求項１０】
システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数の前記プロセスの状態を示すプロセス状態情報を、前記システムを構成する少なくとも二つの前記プロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出する処理と、
前記第１の変換方式に基づいて、前記プロセス状態情報から前記フロー情報を算出する処理と、
前記フロー情報に基づいて、前記システムの制御計画を導出する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システムの制御計画を算出する制御計画装置、制御計画方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造や組み立て、加工、納入、ピッキング、振分け、搬出といったサプライチェーンに関わる業務の多くに、資源管理システムが導入されている。資源管理システムは、作業計画を計算・入力し、各々の業務の進捗状況を、他システムからのデータ入出力のほか、バーコードや無線タグを通じて取得するシステムである。業務管理者は、資源管理システムを用いて業務の進捗を確認できる。業務管理システムの一例として、ＥＲＰ（Enterprise Resource Planning）やＳＣＰ（Supply Chain Planning）が挙げられる。また、ＳＣＥ（Supply Chain Execution）や、ＷＭＳ（Warehouse Management System）、ＴＭＳ（Transport Management System）なども業務管理システムの一例として挙げられる。【０００３】
一般に、サプライチェーン業務は、複数の拠点や組織、国にまたがる。そのため、そのようなサプライチェーン業務に導入される資源管理システムについても大規模化に対応することが望まれる。【０００４】
大規模化された資源管理システムを最適化する手法の一つとして、階層制御がある。階層制御では、制御範囲に応じて大規模システムを階層に分類し、各階層が各々に応じた動作および制御を行う。例えば、階層内で下位に位置するシステムでは、狭い範囲内でリアルタイムに近い制御を行う。それに対し、階層内で上位に位置するシステムでは、広い範囲に対して、下位のシステム間の性能の差異や需要変動、予測といった中長期変動に対応する制御を行う。階層制御を行うことによって、大規模システムの最適化にかかる計算負荷を抑制できる。【０００５】
非特許文献１には、階層制御を効率的に行う手法が開示されている。非特許文献１の手法においては、各階層間において、下位システムと上位システムとが定期的に情報交換しながら協調的な制御を行う。非特許文献１の手法において、上位システムは、下位システムの制御ルールに関わる情報が無くても、下位システムの挙動に基づいて適切な制御を行うことができる。【０００６】
非特許文献１を含めた関連技術の階層制御では、同一階層となるシステム間が独立に動作することが前提となる。しかしながら、サプライチェーンをはじめ、サプライチェーンを構成する工場や物流、倉庫、小売といったシステムは、物の流れに応じて業務が発生するため、システム間が独立に動作するとは言いがたい。そのため、関連技術の階層制御を、そのままサプライチェーンなどのシステムに適用することは難しい。【０００７】
特許文献１には、大規模システムにおけるシステム間での物の流れを取り扱う方法が開示されている。特許文献１には、プラントシステムの制御を対象とし、システムの階層構造やシステム間のフローに関するデータを収集・分析することで、システム全体での最適化を達成可能なデータ分析エンジンについて開示されている。【０００８】
特許文献２には、最適な物流ネットワークの構築を支援する物流計画システムについて開示されている。特許文献２のシステムは、物流ネットワーク全体における在庫コストおよび配送コストの和である全体コストを示す目的関数を生成し、その目的関数を所定の数値解析により解析することによって、全体コストを最小にする配送量および安全在庫を算出する。【０００９】
特許文献３には、上位システムで作成される事業計画から導出される生産計画の情報や該生産計画の情報に対応する生産実績の情報を共有し、生産計画の情報および生産実績の情報を管理するシステムについて開示されている。特許文献３のシステムは、生産計画の情報を管理する生産計画サーバと、生産計画を構成する工程ごとの工程計画を管理する複数の工程計画サーバと、各工程計画サーバの構成情報を管理する工程管理サーバとをネットワークに接続する。生産計画サーバは、生産計画の情報および構成情報に基づいて、生産計画を工程ごとの工程計画に分割し、分割された工程計画を対応する工程計画サーバへ送信する。【００１０】
特許文献４には、半導体生産ラインにおいて、多様に変動するボトルネック装置の能力を拡大するために立案し、支援を行う処理能力検証装置について開示されている。特許文献４の装置は、生産品種ごとの生産計画数情報および生産工程手順を規定した生産フロー情報により生産品種ごと必要処理数を工程ごとに算出する。特許文献４の装置は、必要処理数を必要処理時間に換算しながら、生産装置号機ごとに稼動可能時間から必要処理時間を引いた値が０となるまで処理数を割り当て、割り当て完了した製品数と割り当てできなかった製品数に分類する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１７−０７６３８５号公報
【特許文献２】特開２００９−２０８９３３号公報
【特許文献３】特開２００２−００６９２５号公報
【特許文献４】特開２０００−２４６５９９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】S. Hara、 J. Imura， K. Tsumura， T. Ishizaki ，and T. Sadamoto， “Glocal (global/local) control synthesis for hierarchical networked systems，” 2015 IEEE Conference on Control Applications (CCA)， Sydney， NSW， 2015， pp.107-112
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１の手法は、データの収集および分析が前提となるため、システムの階層構造やシステム間のフローを把握するまでに時間を要する。サプライチェーンの業態によっては、システム構成の変更が数か月単位で行われる。そのため、特許文献１の手法には、データの収集および分析がシステム構成の変更に追い付かない可能性があるという問題点があった。【００１４】
特許文献２のシステムによれば、物流ネットワーク全体における全体コストを示す目的関数を数値解析することによって、物流ネットワークにおける最適な輸送計画を算出できる。しかしながら、特許文献２のシステムには、目的関数を算出する際に計算負荷がかかるという問題点があった。【００１５】
特許文献３のシステムによれば、一括して作成された生産計画を工程ごとに分割するため、各工程に必要な情報のみ該当工程に送信すればよいので、通信負荷を減らし、生産計画サーバ側に必要な工程ごとの情報蓄積容量を減らすことができる。しかしながら、特許文献３のシステムには、工程間の連携については考慮していないため、システムの構成変更に対応しにくいという問題点があった。【００１６】
特許文献４の装置によれば、生産フロー情報により生産品種ごと工程ごとの必要処理数を算出し、生産装置号機ごとに割り当て可能な処理数を検証することによって、生産装置能力不足を解消するための解決策を立案することができる。しかしながら、特許文献４の装置には、工程ごとの処理については検証できるものの、工程間の連携については検証していないため、システムの構成変更に対応しにくいという問題点があった。【００１７】
本発明の目的は、上述した課題を解決するために、計算負荷を抑制し、システム導入・構成変更に柔軟に対応しながら、大規模システムを最適化することができる制御計画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様の制御計画装置は、システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数のプロセスの状態を示すプロセス状態情報を、システムを構成する少なくとも二つのプロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出する変換方式算出部と、変換方式算出部によって算出された第１の変換方式に基づいて、プロセス状態情報からフロー情報を算出するフロー情報算出部と、フロー情報算出部によって算出されたフロー情報に基づいて、システムの制御計画を導出する制御計画算出部と、を備える。【００１９】
本発明の一態様の制御計画方法においては、システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数のプロセスの状態を示すプロセス状態情報を、システムを構成する少なくとも二つのプロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出し、第１の変換方式に基づいて、プロセス状態情報からフロー情報を算出し、フロー情報に基づいて、システムの制御計画を導出する。【００２０】
本発明の一態様のプログラムは、システムを構成する複数のプロセスの連結を示すトポロジ情報に基づいて、複数のプロセスの状態を示すプロセス状態情報を、システムを構成する少なくとも二つのプロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する第１の変換方式を算出する処理と、第１の変換方式に基づいて、プロセス状態情報からフロー情報を算出する処理と、フロー情報に基づいて、システムの制御計画を導出する処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、計算負荷を抑制し、システム導入・構成変更に柔軟に対応しながら、大規模システムを最適化することができる制御計画装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る生産計画対象システムの構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る生産計画対象システムに含まれる製造ラインにおける製造品のフローの一例を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置による変換方式の算出について説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置が取得する各プロセスの状態情報の一例を示すテーブルである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置が算出するフロー情報の一例を示すテーブルである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置が算出する制御計画情報の一例を示すテーブルである。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置が算出する制御計画情報の別の一例を示すテーブルである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置が算出する制御指示情報の一例を示すテーブルである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る制御計画装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の各実施形態に係る制御計画装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。
【００２４】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る制御計画装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の制御計画装置は、サプライチェーン業務の一例として、制御計画対象範囲に含まれる複数のプロセスを経て製造される製品のフローをもとに最適な生産制御指示を算出する。
【００２５】
（構成）
図１は、本実施形態の制御計画装置１０の構成を示すブロック図である。制御計画装置１０は、トポロジ情報取得部１１、変換方式算出部１２、プロセス状態情報取得部１３、フロー情報算出部１４、制御計画算出部１５、および制御指示算出部１６を備える。
【００２６】
トポロジ情報取得部１１は、システムを構成する複数のプロセスの連結に関わる情報であるトポロジ情報を取得する。例えば、トポロジ情報取得部１１は、システムに手動で入力されるトポロジ情報を取得したり、製造物のフローを追跡することによってトポロジ情報を取得したりする。なお、一般的に、製造物のフローを追跡する際には、データの収集が必要であるが、制御計画装置１０は、必ずしもデータの収集は行わずにフローを追跡するため、データの分析は容易である。プロセスを適切に定義できていれば、トポロジ情報取得部１１は、数時間から１日程度でトポロジ情報を取得できる。トポロジ情報取得部１１は、取得したトポロジ情報を変換方式算出部１２に出力する。
【００２７】
変換方式算出部１２は、トポロジ情報取得部１１からトポロジ情報を取得する。変換方式算出部１２は、取得したトポロジ情報に基づいて、そのシステムに関する第１の変換方式を算出する。変換方式算出部１２は、算出した第１の変換方式をフロー情報算出部１４に出力する。
【００２８】
第１の変換方式は、複数のプロセスの連結に関わるトポロジ情報に基づいて、複数のプロセスにおける各プロセスの状態を示すプロセス状態情報を、システムを構成する少なくとも二つのプロセスを連結して構成されるフローの状態を示すフロー情報に変換する方式である。例えば、変換方式算出部１２は、トポロジ情報に加えて、制御計画算出部１５が算出する制御計画に含まれる目的指標を用いて第１の変換方式を算出してもよい。例えば、変換方式算出部１２は、トポロジ情報に加えて、システムを構成するプロセスのプロセス状態情報を用いて第１の変換方式を算出してもよい。
【００２９】
また、変換方式算出部１２は、制御指示算出部１６が用いる第２の変換方式を算出する。変換方式算出部１２は、第１の変換方式と同様に、トポロジ情報に基づいて第２の変換方式を算出する。変換方式算出部１２は、算出した第２の変換方式を制御指示算出部１６に出力する。
【００３０】
第２の変換方式は、フロー情報をシステムの制御指示に変換する方式である。例えば、変換方式算出部１２は、トポロジ情報に加えて、制御計画算出部１５が算出する制御計画に含まれる目的指標を用いて第２の変換方式を算出してもよい。例えば、変換方式算出部１２は、トポロジ情報に加えて、システムを構成するプロセスのプロセス状態情報を用いて第２の変換方式を算出してもよい。
【００３１】
プロセス状態情報取得部１３は、制御計画対象範囲に含まれる複数のプロセスのそれぞれから状態情報（以下、プロセス状態情報と呼ぶ）を所定のタイミングで取得する。プロセス状態情報取得部１３がプロセス状態情報を取得するタイミングは、所定の時刻や、所定の時間間隔、製品が各プロセスを通過する時点など任意に設定できる。なお、プロセス状態情報取得部１３がプロセス状態情報を取得するタイミングには、特に限定を加えない。プロセス状態情報取得部１３は、取得したプロセス状態情報をフロー情報算出部１４に出力する。
【００３２】
フロー情報算出部１４は、変換方式算出部１２から第１の変換方式を取得し、プロセス状態情報取得部１３からプロセス状態情報を取得する。フロー情報算出部１４は、第１の変換方式に基づいて、複数のプロセスの状態を示すプロセス状態情報を用いてフロー情報を算出する。
【００３３】
制御計画算出部１５は、フロー情報算出部１４からフロー情報を取得する。制御計画算出部１５は、フロー情報を用いて制御計画を導出する。制御計画算出部１５は、導出した制御計画を制御指示算出部１６に出力する。
【００３４】
制御指示算出部１６は、変換方式算出部１２から第２の変換方式を取得し、制御計画算出部１５から制御計画を取得する。制御指示算出部１６は、制御計画対象範囲に含まれる複数のプロセスごとに、第２の変換方式に基づいて、制御計画を用いて制御指示を算出する。制御指示算出部１６は、制御計画対象範囲に含まれる複数のプロセスごとに算出した制御指示をそれぞれのプロセスに送信する。
【００３５】
〔生産計画対象システム〕
次に、本実施形態の制御計画対象システムについて図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態の制御計画対象システム１の構成の一例を示す概念図である。制御計画対象システム１は、制御計画装置１０と、制御計画対象範囲１００に含まれる複数のプロセス１１０とによって構成される。複数のプロセス１１０は、プロセス１１０−１〜５を含む。例えば、制御計画装置１０と、複数のプロセス１１０のそれぞれとは、図示しないネットワークを介して有線または無線でデータ通信可能に接続される。
【００３６】
図２において、制御計画装置１０が上位システム、複数のプロセス１１０が下位システムに相当する。すなわち、制御計画対象システム１は、上位システム（制御計画装置１０）と下位システム（複数のプロセス１１０）の２層の階層に分割される。
【００３７】
プロセス１１０は、特定の作業の単位を概念的に示すものである。例えば、制御計画対象システム１を工場に適用することを想定すると、プロセス１１０には、加工・組立といった生産作業や、動作チェックや不具合チェックなどの検査作業、部品・製造品の輸送のほか、倉庫への入庫、出荷時の梱包といった作業が含まれる。図２の例では、各プロセス１１０に対応付けられる作業は、部品や製品などの製造品を対象に行われる。また、図２の例では、製造品の流れは製造品種ごとに異なるものと仮定する。例えば、図２の例では、組み立てる部品種別の違いによって、一部だけを別のプロセスで実施するといったケースを想定する。
【００３８】
図２において、プロセス１１０の間を結ぶ矢印は、製造品の流れ（製造フローとも呼ぶ）を示す。制御計画対象範囲１００の外部からプロセス１１０−１に到着した製造品は、プロセス１１０−１の作業が行われた後にプロセス１１０−２に送られる。プロセス１１０−１からプロセス１１０−２に到着した製造品は、プロセス１１０−２の作業が行われた後にプロセス１１０−３およびプロセス１１０−４のいずれかに送られる。プロセス１１０−２からプロセス１１０−３およびプロセス１１０−４のいずれかに到着した製造品は、各プロセス１１０の作業が行われた後にプロセス１１０−５に送られる。プロセス１１０−３およびプロセス１１０−４のいずれかからプロセス１１０−５に到着した製造品は、プロセス１１０−５の作業が行われた後に制御計画対象範囲１００の外部に送られる。
【００３９】
図３は、制御計画対象範囲１００の内部における製造フロー１２０について説明するための概念図である。図３の例では、二つの製造フロー１２０がある。製造フロー１２０−１は、プロセス１１０−１、プロセス１１０−２、プロセス１１０−３、プロセス１１０−５の順で各プロセス１１０を通過するフローである。製造フロー１２０−２は、プロセス１１０−１、プロセス１１０−２、プロセス１１０−４、プロセス１１０−５の順で各プロセス１１０を通過するフローである。
【００４０】
プロセス１１０−１、プロセス１１０−２、およびプロセス１１０−５は、二つの製造フロー１２０に共通のプロセスである。それに対し、プロセス１１０−３は製造フロー１２０−１に固有のプロセスとして規定され、プロセス１１０−４は製造フロー１２０−２に固有のプロセスとして規定される。
【００４１】
（動作）
次に、図２の制御計画対象システム１に関して、制御計画装置１０の動作について図面を参照しながら説明する。
【００４２】
上位システム（制御計画装置１０）は、生産計画に基づいて下位システム（プロセス１１０）への期待作業量を算出する。上位システムは、下位システムの実績作業量を取得し、期待作業量と実績作業量との差異に基づいて作業リソース割り当てを制御する。下位システムは、上位システムから割り当てられた作業リソース割り当てで期待作業量を満足するように自律的に作業を行う。これにより、上位システムは、下位システムの動作特性といった詳細情報を受信せずに、下位システムの作業実績情報から適切なリソース割り当てを達成することができる。
【００４３】
〔変換方式の算出〕
ここで、制御計画装置１０による変換方式の算出について図面を参照しながら説明する。図４は、制御計画装置１０による変換方式の算出について説明するためのフローチャートである。変換方式はトポロジ情報に依存する。そのため、制御計画装置１０は、例えば、トポロジ情報に変更が発生するたびに変換方式を算出する。なお、図４のフローチャートに沿った説明においては、制御計画装置１０を動作の主体として説明する。
【００４４】
図４において、まず、制御計画装置１０は、トポロジ情報取得部１１を用いて、トポロジ情報を算出する（ステップＳ１１１）。
【００４５】
次に、制御計画装置１０は、変換方式算出部１２を用いて、取得したトポロジ情報に基づいて第１および第２の変換方式を算出する（ステップＳ１１２）。
【００４６】
そして、制御計画装置１０は、フロー情報算出部１４に第１の変換方式を設定し、制御指示算出部１６に第２の変換方式を設定する（ステップＳ１１３）。
【００４７】
以上が、制御計画装置１０による変換方式の算出についての説明である。
【００４８】
ここで、具体的な変換方式の算出方法について説明する。本実施形態では、変換方式に基づいて、プロセス単位の情報を製造フロー単位の情報に変換する。プロセス数よりも製造フロー数の方が少なくなるため、本変換によって情報を圧縮することができる。
【００４９】
変換方式算出部１２は、図２および図３に示す製造フローに関する情報をトポロジ情報として収集すると、以下の式１に示す変換行列Ｔ1を第１の変換方式として算出する。
0006969681.tif 000002
【００５０】
式１の変換行列Ｔ1においては、各行がいずれかの製造フロー１２０に対応し、各列がいずれかのプロセス１１０に対応する。図３に当てはめると、１行目が製造フロー１２０−１に対応し、２行目が製造フロー１２０−２に対応する。また、１列目がプロセス１１０−１に対応し、２列目がプロセス１１０−２に対応し、３列目がプロセス１１０−３に対応し、４列目がプロセス１１０−４に対応し、５列目がプロセス１１０−５に対応する。
【００５１】
変換方式算出部１２は、以下の手順で第１の変換方式である変換行列Ｔ1を導出する。
【００５２】
まず、変換方式算出部１２は、製造フロー１２０ごとに、経由するプロセス１１０を１、経由しないプロセス１１０を０に設定する。図３の例では、式２の行列が得られる。
0006969681.tif 000003
【００５３】
式２において、製造フロー１２０−１（１行目）ではプロセス１１０−４（４列目）を通過しないため、１行４列目に０が設定される。同様に、製造フロー１２０−２（２行目）ではプロセス１１０−３（３列目）を通過しないため、２行３列目に０が設定される。
【００５４】
次に、変換方式算出部１２は、各行（製造フロー１２０ごと）の要素の和で各行の要素を除し、各列（プロセス１１０ごと）の要素の和で各列の要素を除する。各行の要素の和は、製造フロー１２０の経由するプロセス数に相当する。このため、各行の要素の和で除することにより、製造フロー１２０を構成する全プロセスの作業実績の平均を取得することができる。また、各列の要素の和は、プロセス１１０に関連する製造フロー１２０の数に相当する。このため、各列の要素の和でさらに除することにより、プロセス１１０の作業実績が製造フロー１２０に与える影響を考慮することができる。
【００５５】
式２の場合、１行目の要素の和は４であり、２行目の要素の和は４である。また、１列目の要素の和は２であり、２列目の要素の和は２であり、３列目の要素の和は１であり、４列目の要素の和は１であり、５列目の要素の和は２である。例えば、式２において、１行１列目の要素「１」は、第１行の要素の和である「４」で除し、さらに第１列の要素の和である「２」で除する。その結果、１行１列目の要素は「０．１２５」となる。この計算を全ての要素に対して行うと、式１の変換行列Ｔ1が得られる。
【００５６】
また、変換方式算出部１２は、図２および図３に示す製造フローに関する情報をトポロジ情報として用いて、以下の式３に示す変換行列Ｔ2を第２の変換方式として算出する。
0006969681.tif 000004
【００５７】
第２の変換方式として算出される変換行列Ｔ2において、各行がいずれかのプロセス１１０に対応し、各列がいずれかの製造フロー１２０に対応する。図３に当てはめると、１行目がプロセス１１０−１に対応し、２行目がプロセス１１０−２に対応し、３行目がプロセス１１０−３に対応し、４行目がプロセス１１０−４に対応し、５行目がプロセス１１０−５に対応する。また、１列目が製造フロー１２０−１に対応し、２列目が製造フロー１２０−２に対応する。変換行列Ｔ2は、式２の転置行列として導出することができる。
【００５８】
以上が、変換方式の算出方法についての説明である。
【００５９】
〔全体動作〕
次に、制御計画装置１０が各プロセス１１０のプロセス状態情報を収集してから制御計画を立案・指示するまでの一連の流れについて図面を参照しながら説明する。図５は、制御計画装置１０の動作について説明するためのフローチャートである。制御計画・指示は、各プロセス１１０のプロセス状態に主に依存する。そのため、制御計画装置１０は、例えば、数分から数十分ごとの頻度で制御計画の立案・指示を実施する。なお、制御計画装置１０は、図５に示す制御計画の立案・指示の算出に先立って、図４に示す変換方式の算出を実施する。
【００６０】
図５において、まず、制御計画装置１０は、プロセス状態情報取得部１３を用いて、制御計画対象範囲１００に含まれる複数のプロセス１１０からプロセス状態情報を取得する（ステップＳ１２１）。
【００６１】
図６は、プロセス状態情報取得部１３が取得するプロセス状態情報をまとめたプロセス状態情報テーブル１１１である。プロセス状態情報テーブル１１１には、各プロセス１１０の状態情報として、直近の作業実績数が格納される。
【００６２】
次に、制御計画装置１０は、フロー情報算出部１４を用いて、事前に設定された第１の変換方式に基づいて、取得した各プロセス１１０のプロセス状態情報からフロー情報を算出する（ステップＳ１２２）。
【００６３】
図７は、フロー情報算出部１４が算出するフロー情報をまとめたフロー情報テーブル１４１である。フロー情報テーブル１４１には、製造フロー１２０単位での作業実績が格納される。ここで、フロー情報をｐとし、各プロセス１１０のプロセス状態情報のベクトル表現をｘとする（式４）。なお、式４で示すｘは、図６に示すプロセス状態情報テーブル１１１から算出する。
0006969681.tif 000005
【００６４】
例えば、フロー情報算出部１４は、第１の変換方式である変換行列Ｔ1と、各プロセス１１０のプロセス状態情報ｘとの積をフロー情報ｐとして算出する（式５）。なお、図７のフロー情報テーブル１４１には、式５で算出される数値の小数点以下第３位を切り捨てた値を示す。
0006969681.tif 000006
【００６５】
次に、制御計画装置１０は、制御計画算出部１５を用いて、フロー情報算出部１４によって算出されたフロー情報に基づいて制御計画を導出する（ステップＳ１２３）。
【００６６】
図８は、制御計画算出部１５が導出する制御計画情報をまとめた制御計画情報テーブル１５１である。図８には、制御目的（目的指標とも呼ぶ）として、製造フロー１２０−１の必要作業数に３５が設定され、製造フロー１２０−２の必要作業数に６９が設定されている。必要作業数は、変換方式算出部１２が第１および第２の変換方式を算出する際の目的指標として用いることができる。
【００６７】
図９は、制御計画算出部１５が導出する制御計画情報の別の一例をまとめた制御計画情報テーブル１５２である。図９の制御計画情報テーブル１５２には、何らかの手法によって予測される予測必要作業数が追加されている。例えば、予測必要作業数には、各製造フロー１２０の時間変化に応じて予測される次の作業タイミングにおける作業実績の推定値が設定される。予測必要作業数は、帰納的な手法で算出されてもよいし、演繹的な手法で算出されてもよく、算出方法には特に限定を加えない。また、予測必要作業数には、各プロセス１１０における直近の作業実績と必要作業数との間の任意の値を設定してもよい。
【００６８】
そして、制御計画装置１０は、制御指示算出部１６を用いて、事前に設定された第２の変換方式に基づいて、制御計画算出部１５が導出した制御計画から制御指示を算出する（ステップＳ１２４）。なお、制御指示算出部１６は、制御計画対象範囲１００に含まれるプロセス１１０ごとに制御指示を算出する。
【００６９】
図１０は、制御指示算出部１６が算出する制御指示情報をまとめた制御指示情報テーブル１６１である。制御指示算出部１６は、各プロセス１１０への必要作業数を制御指示として算出する。また、図１０のように、直近の作業実績と必要作業数との乖離が大きい場合には、作業リソースの増減をさらに含めてもよい。
【００７０】
制御指示算出部１６は、以下の式６を用いて各プロセス１１０の必要作業数ｘtを算出する。ただし、ｙは、制御計画情報のベクトル表現である。なお、制御計画情報は、図８や図９の必要作業数である。
0006969681.tif 000007
【００７１】
すなわち、制御指示算出部１６は、第２の変換方式である変換行列Ｔ2と、制御計画情報のベクトルｙとの積を必要作業数ｘtとして算出する。
【００７２】
また、制御指示算出部１６は、直近に取得した作業実績と必要作業数との差異を求めることによって作業リソースの増減を算出する。すなわち、制御指示算出部１６は、システムを構成するプロセス１１０のプロセス状態情報と、プロセス状態情報に対応する制御指示との比較に基づいた情報を制御指示に含めて算出する。
【００７３】
図１０の制御指示情報テーブル１６１を参照すると、プロセス１１０−３においては、作業実績に対して必要作業数が少ない。一方、プロセス１１０−４においては、作業実績に対して必要作業数が多い。一般に、生産管理における制約理論の考えに基づくと、製造フローそれぞれについて各プロセスの生産量を等しくする状態において生産効率が最大になる。そのため、制御指示算出部１６は、プロセス１１０−３に対しては減員、プロセス１１０−４に対しては増員するという制御指示を生成する。
【００７４】
そして、制御指示算出部１６は、生成した制御指示を各プロセス１１０に送信する（ステップＳ１２５）。
【００７５】
以上が、制御計画装置１０の動作についての説明である。
【００７６】
以上のように、本実施形態の制御計画装置は、複数のプロセスの連結状態をトポロジ情報として取得し、トポロジ情報に基づいて生成された変換方式を用いて各プロセスから収集された状態情報をフロー情報に変換する。本実施形態によれば、この処理を通じて情報が適切に圧縮されるため、制御計画の導出時において取り扱うべき情報量を削減でき、計算負荷を抑制することができる。
【００７７】
さらに、本実施形態の制御計画装置は、トポロジ情報として製造フローを用いているが、製造フローは比較的容易に取得することができる。そのため、本実施形態によれば、新たな製品の導入や製造ライン変更といった構成変更に容易に対応することができる。よって、本実施形態によれば、構成変更に短期間で対応でき、計算負荷を抑制することができる。
【００７８】
すなわち、本実施形態によれば、計算負荷を抑制し、システム導入・構成変更に容易に対応しながら、大規模システムを最適化することができる。
【００７９】
また、本実施形態の制御計画装置は、各プロセスから作業実績情報を収集することで制御計画を立案することができる。言い換えれば、本実施形態によれば、各プロセスの詳細な動作に関する情報を用いずにシステムの最適化を行うことができる。なぜならば、各々のプロセスの個別動作の最適化については各々のプロセス側にて対応し、制御計画装置は複数のプロセスの結節やリソース配分に関わる点の最適化に焦点を当てるためである。
【００８０】
このように、本実施形態によれば、上位システムと下位システムとで最適化すべき範囲をそれぞれ定め、それぞれの最適化範囲に必要な情報のみをやりとりすることで、下位システムの詳細な情報を利用せずとも最適化計算を行うことができる。
【００８１】
本実施形態では、各プロセスが同一の組織に属することを想定していたが、製造サプライチェーンといったより大規模なシステムへの適用においては、協調関係にありながら異なる組織間での連携・最適化が要求される。一般に、組織の外に出すことができる情報には限りがあり、全体最適化の障害になりうる。このような状況であっても、本実施形態によれば、必要最低限の情報のやりとりでシステム全体の最適化を図ることができる。
【００８２】
また、本実施形態の手法は、上位システム（制御計画装置）と下位システム（プロセス）との２層のみならず、多段構成にも適用できる。例えば、本実施形態の制御計画装置を下位システムとみなし、さらに上位システムとして新たな制御計画装置を加えるように構成してもよい。また、本実施形態のプロセスを上位システムとみなし、さらに下位システムとしてプロセスを実行するより詳細な要素を加えるように構成してもよい。このように構成すれば、より大規模なシステムに対しても、少量の情報からより広範囲の最適化を計算することができるため、計算負荷をさらに抑制することができる。
【００８３】
本実施形態の制御計画装置は、第１および第２の変換方式の算出において、トポロジ情報に加えて他の情報を用いてもよい。
【００８４】
例えば、本実施形態の制御計画装置は、第１および第２の変換方式を算出する際に、トポロジ情報に加えて、制御計画算出部が算出する制御計画に含まれる制御目的（目的指標とも呼ぶ）に関する情報（制御目的情報とも呼ぶ）を用いてもよい。例えば、本実施形態の制御計画装置は、各プロセスの生産計画立案および割当リソースの制御を制御目的として設計する。生産管理における制約理論の考えに基づくと、製造フローそれぞれについて各プロセスの生産量を等しくする状態において生産効率が最大になる。そのため、本実施形態の制御計画装置は、製造フローごとに各プロセスに同一量を生産させる計画になるように第２の変換方式を定める。制御目的情報を用いて第１および第２の変換方式を算出するように構成すれば、制御目的に応じた情報変換を施すことができるため、最適化の精度を向上させることができる。
【００８５】
また、本実施形態の制御計画装置は、各プロセスの状態情報に基づいて、第１および第２の変換方式における変換行列を変更するように構成してもよい。例えば、複数の製造フローで共通のプロセスについては、単一の製造フローのみで用いられるプロセスから得られる状態情報（作業実績数）の割合に基づいて、各製造フローの割合を決定するようにしてもよい。そうすれば、各製造フローに対応するフロー情報をより正確に取得できるようになるため、最適化の精度を向上させることができる。
【００８６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る制御計画装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の制御計画装置は、第１の実施形態の制御計画装置を上位概念化したものである。
【００８７】
図１１は、本実施形態の制御計画装置２０の構成を示すブロック図である。図１１のように、制御計画装置２０は、変換方式算出部２２、フロー情報算出部２４、および制御計画算出部２５を備える。
【００８８】
変換方式算出部２２は、システムを構成する複数のプロセスの連結に関わる情報であるトポロジ情報に基づいて、そのシステムに関する第１の変換方式を算出する。
【００８９】
フロー情報算出部２４は、変換方式算出部２２によって算出された第１の変換方式に基づいて、複数のプロセスの状態を示すプロセス状態情報からフロー情報を算出する。
【００９０】
制御計画算出部２５は、フロー情報算出部２４によって算出されたフロー情報に基づいて制御計画を導出する。
【００９１】
以上のように、本実施形態の制御計画装置は、変換方式算出部、フロー情報算出部、および制御計画算出部を備える。変換方式算出部は、システムを構成する複数のプロセスの連結に関わるトポロジ情報に基づいて、プロセス状態情報をフロー情報に変換する第１の変換方式を算出する。なお、プロセス状態情報は、複数のプロセスの状態を示し、フロー情報は、システムを構成する少なくとも二つのプロセスを連結したフローの状態を示す。フロー情報算出部は、変換方式算出部によって算出された第１の変換方式に基づいて、プロセス状態情報からフロー情報を算出する。制御計画算出部は、フロー情報算出部によって算出されたフロー情報に基づいて、システムの制御計画を導出する。
【００９２】
すなわち、本実施形態の制御計画装置は、複数のプロセスの連結状態をトポロジ情報として取得し、そのトポロジ情報に基づいて生成された変換方式を用いて、各プロセスから収集された状態情報をフロー情報に変換する。本実施形態の制御計画装置によれば、この一連の処理を通じて情報が適切に圧縮されるため、制御計画の導出時において取り扱うべき情報量を削減できるとともに、計算負荷を抑制できる。
【００９３】
例えば、変換方式算出部は、複数のプロセスのそれぞれの作業実績を少なくとも二つのプロセスの組合せ（フロー）の作業実績に変換する第１の変換方式を算出する。フロー情報算出部は、第１の変換方式に基づいて、複数のプロセスのそれぞれの作業実績を少なくとも二つのプロセスの組合せ（フロー）の作業実績に変換してフロー情報を算出する。
【００９４】
すなわち、本実施形態の制御計画装置によれば、システム導入時に収集可能な情報からスケーラブルな階層制御を行うことによって、大規模システムの最適化にかかる計算負荷を抑制しつつ、システムの導入および構成変更に対応できる。
【００９５】
（ハードウェア）
ここで、各実施形態に係る制御計画装置を実現するハードウェア構成について、図１２の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図１２の情報処理装置９０は、各実施形態の制御計画装置の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００９６】
図１２のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６を備える。図１２においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、バス９９を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
【００９７】
プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る制御計画装置による処理を実行する。
【００９８】
主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。
【００９９】
補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
【０１００】
入出力インターフェース９５は、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
【０１０１】
情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。
【０１０２】
また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。
【０１０３】
また、情報処理装置９０には、必要に応じて、ディスクドライブを備え付けてもよい。ディスクドライブは、バス９９に接続される。ディスクドライブは、プロセッサ９１と図示しない記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータ・プログラムの読み出し、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。
【０１０４】
以上が、本発明の各実施形態に係る制御計画装置を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図１２のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御計画装置の演算処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御計画装置に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。
【０１０５】
各実施形態の制御計画装置の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の制御計画装置の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
【０１０６】
各実施形態の制御計画装置の全部又は一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することによって、各実施形態に関する処理を行ってもよい。例えば、コンピュータシステムは、オペレーションシステムや周辺機器等のハードウェアを含む。例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、光磁気ディスクやＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性半導体メモリ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置を含む。例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含む。例えば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、サーバやクライアントとなるコンピュータシステムの内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものを含む。また、上述のプログラムは、各実施形態の制御計画装置の機能の一部を実現するためのものであってもよく、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【０１０７】
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１    制御計画対象システム
１０、２０    制御計画装置
１１    トポロジ情報取得部
１２、２２    変換方式算出部
１３    プロセス状態情報取得部
１４、２４    フロー情報算出部
１５、２５    制御計画算出部
１６    制御指示算出部
【図１】
0006969681.tif 000008
【図２】
0006969681.tif 000009
【図３】
0006969681.tif 000010
【図４】
0006969681.tif 000011
【図５】
0006969681.tif 000012
【図６】
0006969681.tif 000013
【図７】
0006969681.tif 000014
【図８】
0006969681.tif 000015
【図９】
0006969681.tif 000016
【図１０】
0006969681.tif 000017
【図１１】
0006969681.tif 000018
【図１２】
0006969681.tif 000019