(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場の生産計画を評価し選択する方法であって、
一定間隔で機器の稼動信号を取り込み、稼動履歴を保持する稼動履歴収集手段と一定間隔で品目の生産実績、進捗状況、実機器のメンテナンス情報を含む実工場情報を保持する生産管理システムから稼動履歴と実工場情報を取り込み、その稼動履歴と実工場情報に基づいて、実機器の稼動を予測し稼動予測を得る動作を一定間隔で行うステップと、
コンピュータ上の工場モデルが、生産計画と稼動予測を用いて、工場の実機器の稼動状態を模倣した仮想的な生産を行うステップと、
仮想的な生産の結果から、生産計画の評価指標を算出するステップと、
評価指標に影響を与えている要因の分析を評価指標毎に個別に行うステップと、
分析に基づいて変更した条件で前記コンピュータ上の工場モデルが仮想的な生産を行うステップと、
各生産計画のそれぞれの評価指標に対して、事前に設定しておいたウェイト付けに基づいて、評価点を付け、各生産計画毎のすべての評価指標の評価点を合計したものを比較することで、工場が実施すべき生産計画を選択するステップと、
を備えて成ることを特徴とする生産計画評価方法。
【請求項２】
工場の生産計画を評価し選択するシステムであって、
一定間隔で機器の稼動信号を取り込み、稼動履歴を保持する稼動履歴収集手段と一定間隔で品目の生産実績、進捗状況、実機器のメンテナンス情報を含む実工場情報を保持する生産管理システムから稼動履歴と実工場情報を取り込み、その稼動履歴と実工場情報に基づいて、実機器の稼動を予測し稼動予測を得る動作を一定間隔で行う稼動予測手段と、
生産計画と稼動予測に基づいて、コンピュータ上の工場モデルを用いて、工場の実機器を模倣した仮想的な生産を行う工場エミュレータと、
工場エミュレータから仮想的な生産の結果および過程を受け取り、生産計画の評価指標を算出する評価算出手段と、
評価指標に影響を与えている要因の分析を評価指標毎に個別に行うステップと、  前記工場エミュレータが仮想的な生産を行うときの条件を、前記要因分析手段の分析に基づいて変更した条件とする条件変更手段と、
各生産計画のそれぞれの評価指標に対して、事前に設定しておいたウェイト付けに基づいて、評価点を付け、各生産計画毎のすべての評価指標の評価点を合計したものを比較することで、工場が実施すべき生産計画を選択する生産計画選択手段と、
を備えることを特徴とする生産計画評価システム。
【請求項３】
コンピュータを、請求項２に記載の生産計画評価システムとして動作させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産計画が効率的か否か評価するシステムに関する、特に、工場の実機器を模倣する工場エミュレーションの手法を用いて、生産計画を評価することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、見込み生産を行わない受注生産の形態では、受注した品目を製造オーダーに分割し、納期遵守率や設備稼働率、中間在庫量、コストなどの観点を人間が判断することを前提に、生産計画立案システム、所謂スケジューラを用いて生産計画を作成している。
【０００３】
また、コンピュータの処理能力が向上した最近においては、品目の入れ替え、生産設備の割り当て変更など行い、スケジューラを用いて、１日に複数の生産計画を作成することが可能になってきている。
【０００４】
更に、コンピュータの処理能力の向上は、工場設計時や工場稼動前に、仮想的に工場や製造ラインをシミュレーションするシステム、または、機器の稼動を模倣するエミュレータ（例えば、特開平７−３２５８０３公報）を用いて、リードタイム、タクトタイム、中間物流のタイミングなどを、実機器がない状態で機器の稼動状態を評価することが可能にしてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の生産計画を作成した場合、スケジューラが作成する各品目の日程計画や納期に間に合うか否かだけではなく、リードタイム、滞留量、機械運転率、コストなどの様々な指標を用いて、顧客および工場管理者にとって、どれが最適な生産計画か評価し、選択することができることが好ましい。
【０００６】
指標の第一は、コストである。
コストが最小になる生産計画を立案するシステム（例えば、特開２０００−５７２１５公報）は、生産計画の基礎数字として事前に設定した生産設備毎、品目毎など、に決められた値に基づいて、コストを算出し、比較する。
【０００７】
しかし、スケジューラが算出するコストは、品目の生産に含まれない、あるいは、工場の稼動状態に応じて動的に変化する物流、工程間滞留、生産設備の停止などの事項について、事前に設定する機能を持たないか、機能を有する場合でも、品目に按分する形で便宜的に設定するため、工場で実際に生じるコストとは合致しない。
【０００８】
更に、実際の工場では、品目の進行順序を入れ替えたり、生産設備の割り当て変更により工場の状態に変化が生じ、その結果、コストも連動して変化するはずであるが、スケジューラにおいては、設定した基礎数字が変化しないため、算出するコストは、変化しない。
【０００９】
コスト以外の指標には、リードタイム、滞留量、運転率などがある。
これらの指標を評価する場合、ラインシミュレータなどのシミュレーションを行うシステムや工場の生産能力とコストの検討を支援する装置（例えば、特開２０００−７６３４５公報）で評価することができる。
【００１０】
しかし、ラインシミュレータなどは、正規分布、一様分布、ポアソン分布などの確率分布の値を用いるため、あくまで確率的に計算する程度に留まり、工場の生産能力・コスト検討支援装置は、工場稼動前、あるいは、工場設計時には有効であるが、スケジューラと同様に、生産計画の基礎数字として事前に設定した値に基づいて指標を算出するので、日々の生産計画の評価に適用することは困難である。
【００１１】
また、ラインシミュレータは、個々の機器の動作設定を、パラメータを入力するという形で行い、通常、外部システムとのインタフェースを持たないため、より良い生産の条件を発見するために複数回シミュレーションを行う、あるいは、工場稼動後の実情報を用いてシミュレーションを行うためには、再度パラメータを全て入力し直す必要があり、実機器が稼動した以降では利用することは、できない。
【００１２】
以上説明したように、日々複数の生産計画を作成した場合、客観的な指標が提示されないか、あるいは、工場の状況と合致しない指標が提示されるため、顧客および工場管理者にとって、最適な生産計画かどうかを評価することは困難で、どの生産計画を採用するかは、担当者の経験によって、決定される。
【００１３】
また、経験が浅い者が生産計画を評価する場合や実績のない品目を生産する場合には、どの生産計画を採用するかの検討において、時間がかかるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明は、コンピュータ上に構築した工場エミュレータ上で、実機器と同じインタフェースから取得した情報を使用して実機器の稼動を予測し、稼動予測に基づいて、実機器より速い速度で仮想的な生産を行い、仮想的な生産の過程および結果を用いて、精度の高い指標を提示することによって、生産計画の評価および選択を可能にすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、工場の生産計画を評価し選択する評価する方法において、一定間隔で機器の稼動信号を取り込み、稼動履歴を保持する稼動履歴収集手段と一定間隔で品目の生産実績、進捗状況、実機器のメンテナンス情報を含む実工場情報を保持する生産管理システムから稼動履歴と実工場情報を取り込み、その稼動履歴と実工場情報に基づいて、実機器の稼動を予測し稼動予測を得る動作を一定間隔で行うステップと、コンピュータ上の工場モデルが生産計画と稼動予測を用いて工場の実機器の稼動状態を模倣した仮想的な生産を行うステップと、仮想的な生産の結果から生産計画の評価指標を算出するステップと、評価指標に影響を与えている要因の分析を評価指標毎に個別に行うステップと、分析に基づいて変更した条件で前記コンピュータ上の工場モデルが仮想的な生産を行うステップと、各生産計画のそれぞれの評価指標に対して、事前に設定しておいたウェイト付けに基づいて、評価点を付け、各生産計画毎のすべての評価指標の評価点を合計したものを比較することで、工場が実施すべき生産計画を選択するステップと、を行うようにしたものである。
【００２０】
本発明の第２の態様は、工場の生産計画を評価し選択するシステムにおいて、一定間隔で機器の稼動信号を取り込み、稼動履歴を保持する稼動履歴収集手段と一定間隔で品目の生産実績、進捗状況、実機器のメンテナンス情報を含む実工場情報を保持する生産管理システムから稼動履歴と実工場情報を取り込み、その稼動履歴と実工場情報に基づいて、実機器の稼動を予測し稼動予測を得る動作を一定間隔で行う稼動予測手段と、生産計画と稼動予測に基づいて、コンピュータ上の工場モデルを用いて工場の実機器を模倣した仮想的な生産を行う工場エミュレータと、工場エミュレータから仮想的な生産の結果および過程を受け取り、生産計画の評価指標を算出する評価算出手段と、評価指標に影響を与えている要因の分析を評価指標毎に個別に行う要因分析手段と、前記工場エミュレータが仮想的な生産を行うときの条件を、前記要因分析手段の分析に基づいて変更した条件とする条件変更手段と、各生産計画のそれぞれの評価指標に対して、事前に設定しておいたウェイト付けに基づいて、評価点を付け、各生産計画毎のすべての評価指標の評価点を合計したものを比較することで、工場が実施すべき生産計画を選択する生産計画選択手段と、を設けたものである。
【００２３】
本発明の第３の態様は、コンピュータを、上述の第２に係る生産計画評価システムとして動作させ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提供するようにしたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る生産計画評価システムの基本構成を示すブロック図である。生産計画評価システム１は、稼動予測手段１０、工場エミュレータ２０、評価算出手段３０、生産計画選択手段４０、生産計画指示手段５０、の基本構成要素から成り、別途構築されている稼動履歴収集システム６０、スケジューラ７０、生産管理システム８０、受注管理システム９０と連携して、工場の生産計画を評価する指標を提示する機能を有する。
【００２５】
なお、図１では、生産計画評価システムを、機能ブロックとして示してあるが、実際には、このシステムは、コンピュータを利用して実現されるべきものであり、ハードウェアの観点からみると、情報を記録するコンピュータ用の記録装置（磁気ディスク、光ディスクなど）、コンピュータに指示を与える入力装置（キーボード、マウスなど）、演算を行うＣＰＵ、結果を表示するＣＲＴなどの表示装置、他システムと情報を交換するネットワークやインタフェースなどで、実現されることになる。もちろん、このコンピュータには、本発明に係る方法を実現するためのソフトウェアが組み込まれることになる。
【００２６】
図２は、図１に示す生産計画評価システム１が、生産計画を評価する指標を提示する手順を示した、フローチャートである。
稼動履歴収集システム６０は、１分に一度などの一定間隔の時間毎に、実機器の稼動信号を取り込み、機器の稼動履歴を保持する（ステップＳ１１０）。
【００２７】
また、生産管理システム８０も、１時間に一度などの一定間隔の時間毎に、品目の生産実績、進捗状況、実機器のメンテナンス情報などを、実工場情報として保持する（ステップＳ１２０）。
【００２８】
稼動予測手段１０は、１時間に一度などの一定間隔の時間毎に、稼動履歴収集システム６０が保持している稼動履歴と生産管理システム８０が保持している実工場情報から、個々の機器に対して、製造仕様が同じ品目の実績値、あるいは、現在生産中の品目における現在値を、以降の稼動の予測として保持する（ステップＳ１３０）。
【００２９】
なお、前記稼動予測とは、実機器の単位時間当たりの速度、製造条件などの切り替えに要する時間、連続で稼動する時間、停止する時間など、実機器が以降、どうのように稼動するか想定したものである。
【００３０】
スケジューラ７０は、受注管理システム９０が管理している受注オーダーに基づいて、生産オーダーの作成、生産機器の割り当て、進行順序の作成を行い、スケジュール情報を保持する（ステップＳ１４０）。
【００３１】
図３に、本発明に係る生産計画評価システムが評価する生産計画の例を示す。品目を作るための工程に展開し、同一生産を行う複数の生産機器に割り当てて、例えば納期順に並べたものである。
【００３２】
工場エミュレータ２０は、稼動予測手段１０が予測した各機器の稼動予測とスケジューラ７０が保持しているスケジュール情報を受け取る（ステップＳ１５０）。
【００３３】
工場エミュレータ２０は、スケジューラ７０から受け取ったスケジュール情報を、稼動予測手段１０から受け取った稼動予測に基づいて当てはめ、工場の各機器が生産したかのような模倣、つまり仮想的な生産を行う（ステップＳ１６０）。
【００３４】
評価算出手段３０は、工場エミュレータ２０から、仮想的な生産の結果および過程を受け取り、コスト、リードタイム、運転率などを算出し、生産計画の評価指標を得ることができる（ステップＳ１７０）。
【００３５】
上述のステップＳ１４０において、生産計画作成の条件を変更して、ステップＳ１５０からＳ１７０を繰り返すことで、複数の生産計画に対する評価指標を得ることができる（ステップＳ１８０）。
【００３６】
生産計画選択手段４０は、各生産計画のそれぞれの評価指標に対して、事前に設定しておいたウェイト付けに基づいて、評価点を付け、各生産計画毎のすべての評価指標の評価点を合計したものを比較することで、最も良い生産計画を選択する（ステップＳ１９０）
ステップＳ１９０によって、複数の評価指標を考慮しながら、生産計画を選択することが可能になる。
【００３７】
生産計画指示手段５０は、生産計画指示手段４０が選択した生産計画を、実施すべき生産計画として、工場に指示する（ステップＳ２００）
【００３８】
上述のステップＳ１１０の稼動信号の取り込みやステップＳ１２０における実工場情報の取り込みは、工場や生産工程の特徴を鑑みて、異なる実施形態を取ることができる。
説明した図２のフローチャートが示す実施の形態は、稼動予測、稼動履歴、実工場情報、スケジュール情報を、それぞれ稼動予測手段１０、稼動履歴収集システム６０、生産管理システム８０、スケジューラ７０が保持する形態としたが、もちろん、データベースシステムなどを使用して、外部記憶装置に記録する形態も可能である。
【００３９】
また、工場エミュレータ２０が、仮想的な生産を行う時点で、稼動予測手段１０から稼動予測を受け取る形態以外に、一定間隔で情報を工場エミュレータ２０に受け渡しておいて、工場エミュレータ２０が保持または管理している稼動予測を使用する形態も可能である。
【００４０】
更に、図２の処理手順では、一定期間毎に実工場情報を取得したり、稼動予測を行う形態としたが、仮想的な生産を行う度に、稼動履歴と実工場情報の取得および取得した稼動履歴と実工場情報を用いて稼動予測を行う形態にした場合、仮想的な生産を行う直前の実機器の状態と稼動予測を使用して、更に工場の最新の状態に近い実機器の模倣を行うことができるため、工場稼動の状況をより正確に再現することが可能になる。
【００４１】
本実施の形態で述べた工場エミュレータ２０について、更に詳細を説明する。
工場エミュレータ２０は、公知の技術として述べた特開平０７−３２５８０３で提案されるものを例として使用する。
【００４２】
図４は、工場エミュレータ２０の基本構成を表すブロック図で、工場エミュレータ２０は、コンピュータ上の工場レイアウト２１と、自動倉庫、搬送機器などの物流機器の動作を模倣する物流機器モデル２２と、生産機器の稼動を模倣する生産機器モデル２３と、実機器が持つ稼動制御のインタフェースと同じ入出力を模倣するインタフェース２４を有し、更に、機器モデル間、または、外部の指示系シミュレータ、または、実システムなど外部システムとインタフェース２４を介して接続している。
【００４３】
工場エミュレータ２０は、外部システムと接続している稼動制御のインタフェース２４から、外部システムの指示を入力し、稼動予測１０が予測した実機器の以降の稼動状態に当てはめて、物流機器モデル２２、生産機器モデル２３に、実機器の稼動を模倣させ、更に、模倣の結果を、稼動制御のインタフェース２４を通して、各機器モデル間、または、外部システムと受け渡すように実現したものである。
【００４４】
工場レイアウト２１を有するため、各機器モデル間の位置関係とを考慮した工場内物流時間の算出を行うことが可能になり、更に、インタフェース２４を有して各機器間の情報のやり取りを行うことによって、工場の稼動予測に基づいて、工程間の物流時間や滞留量を動的に変化する、実工場と同等の出力を再現することが可能になる。
【００４５】
また、工場エミュレータ２０は、物流機器モデル２２、生産機器モデル２３を制御するための作業指示および稼動制御の情報をやり取りするだけでなく、ロット毎の製造条件のパラメータを受けたり、製品のトレース情報を外部システムに返したり、実際の工場と同様な製造情報管理、進捗管理も模倣する。
【００４６】
工場エミュレータ２０は、前記模倣を、実機器より速い速度で行うことにより、実際の工場より短い時間軸において、材料を使用し、ある時間機器を稼動させて生産を行い、できた生産物を移動させるなどの、仮想的な生産で、生産の実績を再現している。人間からみた場合、この仮想的な生産の実績から得られるコスト、リードタイム、稼働率などは、当該の生産計画に従って行う将来の生産であり、以降の予測値として利用することができる。
【００４７】
本実施の形態では、生産計画指示手段５０を備えたが、工場に採用した生産計画を指示する場合、人的な作業で指示を与えるなど、生産計画指示手段５０によらない方法を用いることも可能である。
また、最終的に採用すべき生産計画の選択においては、生産計画選択手段４０を備えずに、評価算出手段３０が提示した評価指標から、人的に選択および判断することも可能である。
【００４８】
更に、評価算出手段４０において、評価指標に影響を与える要因の分析を行う要因分析手段１００を設けた構成例を、図５に示す。
要因分析手段１００を設けることにより、評価指標を、品目別、作業者別、工程別、機械別などの切り口で評価することが可能になり、各指標に対して、例えば特定工程で使用する材料が高いとか、特定の設備の稼働率が低いなどの、課題の抽出を行うことが可能になる。
【００４９】
図２に表したステップＳ１７０において、工場エミュレータ２０が行った仮想的な生産の結果を、評価指標として算出する段階で、要因分析手段１００が、評価指標毎にパレート図や円グラフなどを提示することで、生産計画の総合的な評価だけでなく、評価指標に対する要因の分析を評価指標毎に個別に行うことができる。
【００５０】
更に、評価指標の値に影響を与える項目について条件を変更し、変更した条件を工場エミュレータ２０に対する外部システムからの情報として与えて、再度、仮想的な生産を行うことによって、ある特定の評価指標の改善効果の有無を検証することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係る生産計画評価システムを用いれば、コンピュータ上に構築した工場エミュレータ上で、機器モデルが有する実機器と同じインタフェースから取得した情報を使用して稼動を予測し、予測した稼動状況に基づいて、実機器より速い速度で仮想的な生産を行い、仮想的な生産の過程および結果を用いて、精度の高い指標を提示することによって、生産計画の評価および選択を行うことが可能になる。更に、評価指標の値に影響を与える項目について条件を変更し、変更した条件を工場エミュレータに対する外部システムからの情報として与えて、再度、仮想的な生産を行うことによって、ある特定の評価指標の改善効果の有無を検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生産計画評価システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の生産計画を評価する指標を提示する手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の生産計画評価システムが対象とする生産計画の例である。
【図４】本発明の工場エミュレータの基本構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の要因分析手段を付加した構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  稼動予測手段
２０  工場エミュレータ
２１  工場レイアウト
２２  物流機器モデル
２３  生産機器モデル
２４  インタフェース
３０  評価算出手段
４０  生産計画選択手段
５０  生産計画指示手段
６０  稼動履歴収集手段
７０  スケジューラ
８０  生産管理システム
９０  受注管理システム
１００  要因分析手段
【図１】
0005023414.tif 000002
【図２】
0005023414.tif 000003
【図３】
0005023414.tif 000004
【図４】
0005023414.tif 000005
【図５】
0005023414.tif 000006