JP5280314B2 - スケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、複数の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムにかかり、特に、工程ごとにスケジューリング手段が設けられており、各スケジューリング手段の間で情報交換することにより生産スケジュールを作成する技術に関する。
従来、複数の工程からなる生産ラインにおいて、少なくとも１の工程での製造条件が互いに相異なる複数種類の製品を生産する場合に、各工程における製品の処理順序並びに処理の開始予定時間及び終了予定時間からなる工程別生産スケジュールは、生産ライン全体をモデル化して１つの計画問題として捉え、１つのスケジューラ（生産スケジュールを生成するコンピュータ等からなる装置）で一括して処理（すなわち、生成または決定）されていた。
例えば、工程ごとに製品の処理順序の順に製品の識別情報（例えば、製品番号）が格納されたマトリックス（行列）として生産ライン全体の生産スケジュールを表現し、マトリックス中の製品番号を入れ替える操作を「組合せ最適化法」を用いて行う方法がある。しかし、このような方法を用いる場合には、処理する製品の個数や生産ライン内の工程数が増加すると、処理に要する計算量が飛躍的に増大し、実用性が損なわれる原因となっていた。
そこで、近年、各工程の生産スケジュールをそれぞれ１つのスケジューラが生成し、各スケジューラ間で情報を交換することによって生産ライン全体の生産スケジュールを調整する「分散型スケジューリング」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この方法は、以下の特徴を有する。
（１）各工程の生産スケジュールをそれぞれ１つのスケジューラが生成する。
（２）各スケジューラは、自工程の生産スケジュールとして、各製品の処理順序、並びに処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を求める。
（３）各スケジューラは、互いに直前、直後の工程のスケジューラとの間で情報を交換し、各製品の「直前工程の終了予定時刻」と、「直後工程の開始予定時刻」とを取得する。
（４）各スケジューラは、ＳＡ（ＳｉｍｕｌａｔｅｄＡｎｎｅａｌｉｎｇ）法を用いて、以下の評価項目の重み付き加算である評価関数を最適化するように製品の処理順序を入れ替える。
ａ）異なる種類の製品を続けて処理する場合に発生する段取り作業（例えば、鉄鋼製造ラインにおける圧延工程でのロール交換作業等）の回数：最小とすることで、生産効率が向上する。
ｂ）各製品の終了予定時刻の工程納期（出荷納期と工程間との平均的なリードタイムとから計算した仮想的な納期であり、各工程で出荷納期を考慮した生産スケジュールを生成する目的で導入されている）からの遅れ：最小とすることで、納期管理の点で良好な生産スケジュールとなる。
ｃ）各製品の開始予定時刻の直前工程での終了予定時刻に対する早まり：０以下とする。
ｄ）各製品の終了予定時刻の直後工程での開始予定時刻からの遅れ：０以下とする。
なお、本来は、直前工程での処理の終了予定時刻に対する早まりが有ると工程間の生産スケジュールに不整合があることになる（すなわち、実行不可能な生産スケジュールとなる）。また、直後工程での開始予定時刻からの遅れが有ると工程間の生産スケジュールに不整合があることになる。しかし、ここでは、「生産スケジュールを更新する過程で制約を満たす（すなわち、実行可能な）生産スケジュールを得る」方法を採用している。そのため、これらｃ）、ｄ）を生産スケジュールの制約条件とはせずに、評価項目として評価関数に含めている。
（５）（３）及び（４）を繰り返すことにより、評価関数が最適化される。つまり、段取り作業の回数が少なく（生産効率が良好で）、工程納期からの遅れが少なく（納期が確保され）、実行可能な生産スケジュールが得られる。
上述の分散型スケジューリングを用いる場合には、工程ごとのスケジューラの処理を並列して実行させることが可能となるため、処理の高速化を図ることができる。また、各スケジューラは互いに独立であるため、各工程に固有の条件を付加することが可能であり、その変更も容易である。さらに、生産ライン内の工程が削除された場合や工程の追加が発生した場合にも、対応するスケジューラを削除または追加することができるため、生産ラインの変更に柔軟に対応できる。
しかしながら、上記従来の分散型スケジューリング方法では、各スケジューラは、直前の工程の終了予定時刻、及び直後の工程の開始予定時刻だけを取得し、それに基づいて生産スケジュールを調整するので、工程数が多い場合、生産ライン全体のスケジュールの改善効率が悪い。したがって、多大な計算時間を要する場合がある。
特開平１１−５３００６号公報
本発明が解決しようとする課題は、適切な生産スケジュールを効率的に作成するスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムを提供することである。
本発明にかかるスケジューリングシステムは、Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有しており、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリングシステムである。ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段が、工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶部と、工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶部と、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶部と、前記処理順記憶部及び前記直前工程終了時刻記憶部の記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出部と、前記後工程開始可能時刻記憶部の記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出部と、前記予定時刻算出部の算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶部と、前記重みパラメータ記憶部に記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定部と、少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶部に記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出部の算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出部と、前記評価値算出部で算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶部の記憶内容を変更する処理順変更部と、各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力部と、各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力部とを備えている。前記パラメータ設定部は、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定する。そして、前記開始可能時刻出力部によって出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力部によって出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とする。
また、本発明にかかるスケジューリング方法は、Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有するスケジューリングシステムにおいて、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリング方法である。ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段において実行される処理が、工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶ステップと、工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶ステップと、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶ステップと、前記処理順記憶ステップ及び前記直前工程終了時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出ステップと、前記後工程開始可能時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出ステップと、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶ステップと、前記重みパラメータ記憶ステップで記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定ステップと、少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶ステップで記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出ステップと、前記評価値算出ステップで算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶ステップでの記憶内容を変更する処理順変更ステップと、各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力ステップと、各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力ステップとを備えている。前記パラメータ設定ステップでは、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定する。そして、前記開始可能時刻出力ステップで出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力ステップで出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし、各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とする。
さらに、本発明にかかるスケジューリングプログラムは、Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有するスケジューリングシステムにおいて、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリングプログラムである。ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段に、工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶ステップと、工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶ステップと、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶ステップと、前記処理順記憶ステップ及び前記直前工程終了時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出ステップと、前記後工程開始可能時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出ステップと、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶ステップと、前記重みパラメータ記憶ステップで記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定ステップと、少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶ステップで記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出ステップと、前記評価値算出ステップで算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶ステップでの記憶内容を変更する処理順変更ステップと、各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力ステップと、各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力ステップとを実行させる。前記パラメータ設定ステップでは、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定する。そして、前記開始可能時刻出力ステップで出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力ステップで出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし、各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とする。
これらの構成によると、直前の工程における製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻、及び自工程よりも後の全ての工程における製品の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を取得し、それらに基づいて生産スケジュールを変更するので、効率的に全体の生産スケジュールを決定することができる。また、評価値の算出に用いられる評価関数が、自工程の生産性を評価する評価指標に加えて、自工程での各製品の終了予定時刻の後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含んでいるので、評価関数を最適化することで、後工程に対する遅れを修正しつつ、生産性を改善することが可能である。
また、工程ごとに設けられたスケジュール手段が有する重みパラメータ記憶部に記憶される生産性に関する重みパラメータを個別に設定することができる。よって、生産性に関する重みパラメータの大きさを調整することで、工程により生産性の重視の度合いを調整することができる。例えば、負荷の高いネック工程や、負荷は高くないが段取り替えに高い費用を要する工程では重みパラメータを大きく、一方、生産能力に余裕があり段取り替えの費用が少ない工程では、重みパラメータを小さく設定することで、生産性や段取りコストを重視する工程に同期するように他の工程の生産スケジュールが調整され、全体として、生産性を向上させ且つ段取り替えコストを低下させる生産スケジュールの作成が可能となる。
さらに、工程ｉにおける工程ｉより後のどの工程に全体のスケジュールを合わせるかを調整することができる。
加えて、負荷の高いネック工程よりも前の工程では、ネック工程に間に合うように生産スケジュールが調整され、ネック工程では自工程の都合優先で生産スケジュールが調整される。その結果、ネック工程では生産性を重視した生産スケジュールとなり、他の工程ではネック工程での処理に間に合う範囲内で、生産性が向上した生産スケジュールが作成される。すなわち、ネック工程の生産スケジュールに同期するように全体のスケジュールが調整され、全体として生産性の高い生産スケジュールとすることができる。
さらに、本発明にかかるスケジューリングシステムでは、各工程における複数の製品の処理時間の総和に基づいて、工程間の相対的な負荷の大小を判断する負荷山積み部をさらに備えており、前記パラメータ設定部が、前記負荷山積み部での判断結果に基づいて、前記重みパラメータ記憶部に記憶される重みパラメータを設定してもよい。
この構成によると、例えば、生産ラインで生産される製品の種類が変更され、ネック工程となる工程が変わった場合でも、システムに変更を加える必要がない。
また、本発明にかかるスケジューリングシステムでは、前記処理順記憶部の記憶内容及び予定時刻算出部での算出結果が、前記処理順変更部による前記処理順記憶部の記憶内容の変更前後で変化しなくなるまで、生産スケジュールの変更を繰り返してもよい。
さらに、本発明にかかるスケジューリングシステムでは、生産スケジュールの変更が所定回数行われるまで、生産スケジュールの変更を繰り返してもよい。
加えて、本発明にかかるスケジューリングシステムでは、前記通信手段を介して各スケジューリング手段の実行状況を監視し、各スケジューリング手段に処理の実行を指示する全体制御部をさらに備えており、各スケジューリング手段は、前記通信手段を介して互いに情報を交換しつつ、前記全体制御部の指示に従って生産スケジュールの作成を行ってもよい。
また、本発明にかかるスケジューリングシステムでは、前記通信手段を介して各スケジューリング手段と接続されており、各スケジューリング手段から出力された情報及び各スケジューリング手段の実行状況を記憶する共有記憶部をさらに備えており、各スケジューリング手段間での情報の交換は前記共有記憶部を介して行われてもよい。
本発明のスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムは、直前の工程における製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻、及び自工程よりも後の全ての工程における製品の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を取得し、それらに基づいて生産スケジュールを変更するので、効率的に全体の生産スケジュールを決定することができる。また、評価値の算出に用いられる評価関数が、自工程の生産性を評価する評価指標に加えて、自工程での各製品の終了予定時刻の後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含んでいるので、評価関数を最適化することで、後工程に対する遅れを修正しつつ、生産性を改善することが可能である。
本発明を適用する生産スケジューリング対象の概要を示す図である。 本発明にかかるスケジューリングシステムの構成図の一例である。 図２に示すスケジューラの機能構成図の一例である。 図３に示す負荷山積み部で行われる負荷の大小判断を説明する図である。 図３に示す後工程基準納期算出部で行われる後工程基準納期の算出を説明する図である。 図２に示す制御装置で行われる処理の概要を表すフローチャートの一例である。 図２に示すスケジューラで行われる処理の概要を表すフローチャートの一例である。 図７に示すのフローチャートのステップＳ１４において作成される初期生産スケジュールを表す図表の一例である。 図８に示すスケジュールの工程１における製品６に関する情報交換処理について説明する図である。 図８に示すスケジュールの工程２における製品４に関する情報交換処理について説明する図である。 図８に示すスケジュールが１回変更された際に得られる生産スケジュールを表す図表の一例である。 図８に示すスケジュールに対してスケジュール変更処理が施され最終的に得られた生産スケジュールを表す図表の一例である。 本実施形態のスケジューリングシステムの一変形例を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態にかかるスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムについて説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態にかかるスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムを適用する生産スケジューリングの対象について説明する。なお、以下に説明するものは、説明するために例示したものにすぎず、本発明にかかるスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムの適用限界を示すものではない。
本実施形態のスケジューリングシステム及びスケジューリング方法、並びにスケジューリングプログラムは、図１に示すように、４つの工程（工程１〜工程４）からなる生産ラインにおける生産スケジュールを作成するものである。より詳細には、かかる生産ラインにおいては、工程１、工程２、工程３、工程４の順で処理が行われ、４つの工程の内少なくとも１の工程での製造条件の互いに相異なる６種類の製品が製造される。また、以下に示す表１に示すように、製品別に工程ごとの処理時間が事前に与えられている。
Figure 0005280314
また、かかる生産ラインにおいては、以下に示す表２に示すように、工程ごとに製品の処理順序に依存して段取り替えが発生する。すなわち、例えば表２の（ａ）に示すように、工程１において、製品１を処理した後に製品２の処理を行う場合には段取り替えは必要ないが、製品１を処理した後に製品４の処理を行う場合には段取り替えが必要となる。なお、段取り替えに要する時間は一律１０分とする。さらに、各工程の間での製品の搬送時間等、前工程終了から次工程開始までに必要な時間（工程間リードタイム）は、一律１０分とする。
Figure 0005280314
また、かかる生産ラインで生産される６種類の製品の出荷納期は事前に与えられている。したがって、出荷納期までに製品を完成させるために各工程で処理を完了させておくべき最遅時刻である工程納期も事前に定まる。すなわち、例えば、工程２での製品４の工程納期は、工程２の後の工程４までの最短リードタイム、すなわち、各工程３、４での製品４の処理時間（各６０分、３０分：表１参照）と工程間リードタイム（各１０分）との合計タイム（１１０分）、を出荷納期から遡った時刻となる。
本実施形態では、上述のような生産ラインの各工程における製品の処理順序、並びに各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻で定まる生産スケジュールを決定する。
次に、図２を参照しつつ、本発明にかかるスケジューリングシステムの構成について説明する。図２に示すように、スケジューリングシステム１は、４つの工程ごとに６つの製品の処理順序を決定する４つのスケジューラ４ａ〜４ｄと、スケジューリングシステム１全体の処理の制御を司る制御装置２とを備えている。また、各スケジューラ４ａ〜４ｄ間、及び各スケジューラ４ａ〜４ｄと制御装置２との間は、ＬＡＮ３で通信可能に接続されている。
スケジューラ４ａ〜４ｄは、ＬＡＮ３を介して自工程の直前及び自工程よりも後の全ての工程のスケジューラ４ａ〜４ｄから取得した情報を用いて自工程の生産スケジュールを生成し、生成した生産スケジュールを後述する評価関数Ｅ１〜Ｅ４を用いて評価し、評価結果に基づいて生産スケジュールを変更するものである。制御装置２は、ＬＡＮ３を介して各スケジューラ４ａ〜４ｄの実行状況の監視及び各スケジューラ４ａ〜４ｄに対する処理の実行指示を行う。
続いて、スケジューラ４ａ〜４ｄの構成について説明する。スケジューラ４ａ〜４ｄは、いずれも同様の構成を有しているので、ここでは、図３を参照しつつ、工程ｉ（ｉ＝１、２、３、４）での生産スケジュールを作成するスケジューラ４ｉの構成について説明する。スケジューラ４ｉは、主に記憶部１０及び演算部２０から構成されて、計算機上に実装される。ここで、図３に示されているスケジューラ４ｉの記憶部１０及び演算部２０は、例えば汎用のパーソナルコンピュータ等の計算機によって構成されている。かかる計算機には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭの駆動装置などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、プログラム（このプログラムは、リムーバブル型記憶媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記録されている。そして、これらのハードウェアおよびソフトウェアが組み合わされることによって、上述の記憶部１０及び演算部２０が構築されている。
記憶部１０は、処理時間記憶部１１、工程納期記憶部１２、処理順記憶部１３、直前工程終了時刻記憶部１４、後工程開始可能時刻記憶部１５、後工程基準納期記憶部１６、スケジュール記憶部１７、及び重みパラメータ記憶部１８から構成される。
処理時間記憶部１１は、上述の表１に示すような製品別の工程ごとの処理時間を記憶する。工程納期記憶部１２は、自工程（工程ｉ）での各製品の工程納期を記憶する。なお、処理時間記憶部１１及び工程納期記憶部１２の記憶内容は、キーボード等の入力装置から入力されたり、リムーバブル型記憶媒体に記録されて与えられたり、有線又は無線の電気通信手段によってインターネットなどの通信ネットワークを介して与えられたりする。
処理順記憶部１３は、自工程（工程ｉ）における６個の製品の処理順序を記憶するものであり、処理順候補記憶部１３ａ及び暫定処理順記憶部１３ｂから構成される。処理順候補記憶部１３ａは、後で詳述する処理順生成部２２によって生成された処理順を処理順候補として記憶する。暫定処理順記憶部１３ｂは、繰り返し計算の途中において一時的に定められる暫定処理順を記憶する。暫定処理順記憶部１３ｂは、初期状態では処理順候補記憶部１３ａに記憶されているものと同じ処理順を記憶する。その後、処理順候補記憶部１３ａの処理順が処理順生成部２２によって新たに生成された処理順に変更された際に、後で詳述する処理順変更部２３が変更する必要があると判断した場合に、暫定処理順記憶部１３ｂに記憶されている処理順が、処理順候補記憶部１３ａに記憶されている処理順に書き換えられる。
直前工程終了時刻記憶部１４は、直前の工程（工程ｉ−１）における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を記憶する。直前工程終了時刻記憶部１４の記憶内容は、直前の工程のスケジューラ（スケジューラ４（ｉ−１））からＬＡＮ３を介して与えられる。
後工程開始可能時刻記憶部１５は、自工程よりも後の工程４までの各工程（後工程）における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を記憶する。ここで、開始可能時刻とは、上工程から十分早く製品が到着したと仮定して、最も早く処理を開始することができる時刻である。すなわち、開始可能時刻は、
ｉ）その工程で直前に処理される製品があり且つ直前に処理される製品からの段取り替えが必要な場合：直前に処理される製品の終了予定時刻＋段取り替え時間
ｉｉ）その工程で直前に処理される製品があり且つ直前に処理される製品からの段取り替えが必要ない場合：直前に処理される製品の終了予定時刻
ｉｉｉ）その工程で直前に処理される製品がない、すなわちその工程において最初に処理される製品である場合：その工程までの最短のリードタイム（各工程での処理時間と各工程間リードタイムとの合計タイム）
となる。
後工程開始可能時刻記憶部１５の記憶内容は、後工程の各スケジューラからＬＡＮ３を介して与えられる。後工程基準納期記憶部１６は、後で詳述する後工程基準納期算出部２５によって算出された、自工程において各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を記憶する。
スケジュール記憶部１７は、後で詳述する予定時刻算出部２４によって算出された、処理順候補記憶部１３ａに記憶されている処理順での各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を記憶する。
重みパラメータ記憶部１８は、後で詳述するように、評価値算出部２６がスケジュール記憶部１７に記憶されている生産スケジュールの評価値を算出する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する。
一方、演算部２０は、負荷山積み部２１、処理順生成部２２、処理順変更部２３、予定時刻算出部２４、後工程基準納期算出部２５、評価値算出部２６、パラメータ設定部２７、開始可能時刻出力部２８、及び終了時刻出力部２９から構成される。
負荷山積み部２１は、処理時間記憶部１１の記憶内容に基づいて、図４に示すように、各工程における複数の製品の処理時間の総和を算出し、工程間の相対的な負荷の大小を判断する。図４に示すように、本実施形態では、工程３での処理時間の総和が最も長い。すなわち、工程３は負荷が最も高いネック工程であることがわかる。
処理順生成部２２は、制御装置２からの処理実行指示を受け付けた際に、自工程における複数の製品の処理順序をランダムに生成する。
処理順変更部２３は、詳述する評価値算出部２６において算出される評価関数の値を最小化するように、暫定処理順記憶部１３ｂに記憶されている処理順を処理順候補記憶部１３ａに記憶されている処理順に変更する。すなわち、処理順変更部２３は、処理順候補での生産スケジュールの評価関数の値と、暫定処理順での生産スケジュールの評価関数の値とを比較し、処理順候補を受け入れるかどうかを判断する。そして、処理順候補を受け入れると判断した場合には、暫定処理順記憶部１３ｂに記憶されている暫定処理順を処理順候補に書き換える。
なお、評価関数の値を最適化する手法としては、ＳＡ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｌｉｔｈｍ）、局所探索法等の最適化法を用いることができる。ここでは、ＳＡ法を用いるものとする。すなわち、処理順変更部２３は、処理順候補での生産スケジュールの評価関数の値と、暫定処理順での生産スケジュールの評価関数の値とを比較し、処理順候補での評価値が暫定処理順での評価値に対して改善されている場合は、処理順候補を必ず受け入れる。一方、処理順候補での評価値が改善されていない場合であっても、所定の確率でこれを受け入れる。かかる確率は、繰り返し計算の初期では比較的高く、繰り返しが進むにつれて次第に低くなるように制御される。これにより、局所解（繰り返し計算を行っても評価値が改善されない状態）に陥るのを抑制することができる。
予定時刻算出部２４は、処理順候補記憶部１３ａ及び直前工程終了時刻記憶部１４の記憶内容に基づいて、自工程における各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する。具体的には、製品ごとに、直前工程終了時刻に工程間リードタイム（１０分）を加えたものと、自工程で直前に処理される製品の終了予定時刻に段取り替えの時間を加えたものとを比較し、大きい方をその製品の開始予定時刻とする。なお、工程１では、直前工程終了時刻に代えて、事前に与えられる原材料が到着する時刻や部品が揃う時刻などを用いる。また、各工程で最初に処理される製品については、直前に処理される製品の終了予定時刻は「０」とする。予定時刻算出部２４での算出結果により定まった生産スケジュールは、スケジュール記憶部１７に記憶される。
後工程基準納期算出部２５は、後工程開始可能時刻記憶部１５に記憶されている後工程開始可能時刻に基づいて、自工程において各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を算出する。ここで、図５を参照しつつ、後工程基準納期の具体的な算出方法について説明する。図５において、横軸は時間Ｔであり、縦方向に工程ｉ及び工程ｉ＋ｐの生産スケジュールの一部を並べて示している。各製品の処理時間は、白抜きの四角で表し、白抜きの四角内の数字は製品番号を表している。時刻ＴＦは工程ｉにおける製品ｊの終了予定時刻である。また、時刻ＴＳｉ＋ｐは、工程ｉ＋ｐにおける製品ｊの開始可能時刻である。工程ｉでの製品ｊの工程ｉ＋ｐに対する後工程基準納期Ｔ１は、時刻ＴＳｉ＋ｐから、工程ｉの後の工程ｉ＋ｐまでの各工程での最短リードタイムＬｊ（ｉ，ｉ＋ｐ）、すなわち、各工程での製品ｊの処理時間と各工程間リードタイムとの合計タイム、を遡った時刻となる。なお、図５に示す例では、工程ｉでの製品ｊの終了予定時刻ＴＦは、工程ｉ＋ｐに対する後工程基準納期Ｔ１からＢｊ（ｉ，ｉ＋ｐ）だけ遅れている。工程ｉにおける製品ｊの後工程基準納期は、工程ｉより後の工程４までの各工程の数だけ存在する。
評価値算出部２６は、重みパラメータ記憶部１８に記憶された重みパラメータが適用された評価関数により、スケジュール記憶部１７に記憶されている生産スケジュールの評価値を算出する。具体的には、評価値算出部２６は、以下の（１）式で定義される評価関数Ｅｉの値を算出する。
Figure 0005280314
評価関数Ｅｉは、工程ｉ（ｉ＝１〜４）に対応するものである。（１）式の重みパラメータαｉ、βｉ、γｉ、ＦPは、重みパラメータ記憶部１８に記憶されている。ここで、αｉは、工程ｉでの後工程との整合性に関する重みパラメータであり、βｉは、工程ｉでの工程納期に関する重みパラメータであり、γｉは、工程ｉでの生産性に関する重みパラメータであり、ＦPは、工程ｐに対する後工程基準納期からの遅れに関する重みパラメータである。なお、上述の工程納期からの遅れ、及び後工程基準納期からの遅れは、遅れが生じた場合のみ評価する。すなわち、遅れ時間が「０」未満である場合には、「０」として取り扱う。
上述のように、処理順変更部２３は、（１）式の評価関数Ｅｉの値が最小化するように、暫定処理順記憶部１３ｂに記憶されている処理順を変更する。すなわち、暫定処理順が、段取り替えの回数が最小となり、工程納期からの遅れが最小となり、且つ各後工程に対する後工程基準納期からの遅れが最小となる処理順となるように、変更する。
パラメータ設定部２７は、負荷山積み部２１で行われる各工程間での負荷の大小関係の判断結果に基づいて、重みパラメータ記憶部１８に記憶される重みパラメータを設定する。具体的には、上述のように重みパラメータ記憶部１８に記憶される重みパラメータαｉ、βｉ、γｉ、ＦPのうち、工程ｉにおける製品ｊの終了予定時刻の工程ｐに対する後工程基準納期からの遅れを評価するための評価指標の重みパラメータであるＦPを、工程ｉより後の工程４までの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程ほど大きく設定する。また、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータであるγｉを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定する。
開始可能時刻出力部２８は、スケジュール記憶部１７の記憶内容、具体的には、各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいて、自工程における各製品の開始可能時刻を出力する。なお、開始可能時刻出力部２８が出力する開始可能時刻は、自工程よりも前の工程１までの各工程での後工程開始可能時刻となる。
終了時刻出力部２９は、スケジュール記憶部１７の記憶内容に基づいて、自工程での各製品の終了予定時刻を出力する。なお、終了時刻出力部２９が出力する終了予定時刻は、自工程の直後の工程（工程ｉ＋１）での直前工程終了時刻となる。
次に、制御装置２について説明する。各スケジューラ４ａ〜４ｄはそれぞれ独立に、且つ、並行して処理を行うので、制御装置２は、各スケジューラ４ａ〜４ｄの処理の実行タイミングの調整を行うと共に、スケジューラ４ａ〜４ｄの評価関数Ｅｉ（ｉ＝１〜４）の値を用いて終了判定を行う。具体的には、制御装置２は、各スケジューラ４ａ〜４ｄに対して、初期生産スケジュールの作成を指示する指示情報、及び作成された生産スケジュールの修正を指示する指示情報、及び処理の終了を指示する指示情報を出力する。また、制御装置２は、各スケジューラ４ａ〜４ｄ間のデータの授受を制御する。
制御装置２は、例えば汎用のパーソナルコンピュータ等の計算機によって構成されている。かかる計算機には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭの駆動装置などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、プログラム（このプログラムは、リムーバブル型記憶媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記録されている。そして、これらのハードウェアおよびソフトウェアが組み合わされることによって、上述のような制御装置２の機能が実現されている。
次に、図６、図７を参照しつつ、本実施形態のスケジューリングシステムにおいて生産スケジュールを作成する際の手順の一例について説明する。
まず、図６を参照しつつ、生産スケジュールを作成する際に制御装置２で行われる処理について説明する。最初に、各スケジューラ４ａ〜４ｄに対して初期生産スケジュールの作成を指示する（ステップＳ１）。具体的には、各スケジューラ４ａ〜４ｄに対して、初期生産スケジュールを作成する旨の指示情報を順番に出力する。より詳細には、まずスケジューラ４ａに対して指示情報を出力し、スケジューラ４ａでの初期生産スケジュールの作成が終了してから、スケジューラ４ｂに対して指示情報を出力する。以下、同様にスケジューラ４ｄまで、順番に指示情報を出力する。このとき、各スケジューラ４ａ〜４ｄでは、ステップＳ１において出力された指示情報を受けて、初期生産スケジュールの作成が行われる。
また、このとき、各スケジューラ４ａ〜４ｄ間で初期生産スケジュールに関する情報交換が行われるように、各スケジューラ４ａ〜４ｄでのデータの授受を制御する。より詳細には、スケジューラ４ａ〜４ｄのうち、初期生産スケジュールの作成を終えたものに対して、各製品の終了予定時刻及び開始可能時刻を出力するよう指示し、これから初期生産スケジュールを作成するものに対して、直前工程終了時刻を取得するように指示する。
その後、各スケジューラ４ａ〜４ｄに対して、生産スケジュールの修正を行う旨の指示情報を一斉に出力する（ステップＳ２）。このとき、各スケジューラ４ａ〜４ｄでは、ステップＳ１で出力された指示情報により交換された情報をもとに、生産スケジュールの修正が行われる。なお、各スケジューラ４ａ〜４ｄでの生産スケジュールの修正処理は並列的に行われる。次に、各スケジューラ４ａ〜４ｄ間で修正された生産スケジュールに関する情報交換が行われるように、各スケジューラ４ａ〜４ｄでのデータの授受を制御する（ステップＳ３）。
さらに、ステップＳ２において出力された指示情報を受けて、各スケジューラ４ａ〜４ｄで行われる生産スケジュールの修正の結果に基づいて、終了判定処理を行う（ステップＳ４）。終了判定処理とは、例えば、修正前後の生産スケジュールが変化していない場合に、処理を終了するものと判定するものである。また、例えば、所定の回数だけ生産スケジュールの変更が繰り返された場合に、処理を終了するものと判定してもよい。なお、処理を終了するものと判定した場合に、処理を終了する旨の指示情報を各スケジューラ４ａ〜４ｄに出力する。
ステップＳ４において処理を終了すると判定された場合には、処理が終了される。一方、ステップＳ４において処理を終了しないと判定された場合には、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２からステップＳ４の処理が繰り返し実行される。
続いて、図７を参照しつつ、スケジューラ４ａ〜４ｄで生産スケジュールの作成を行う際の処理の一例について説明する。なお、以下に述べる処理が行われる前に、各スケジューラ４ａ〜４ｄでは、事前に与えられ、処理時間記憶部１１に記憶されている製品別の工程ごとの処理時間の記憶内容に基づき、山積み部２１が工程間の相対的な負荷の大小を判断している。そして、パラメータ設定部２７が、負荷山積み部２１での判断結果に基づいて、重みパラメータ記憶部１８に記憶される重みパラメータを設定している。また、事前に与えられた各製品の出荷納期から定まる各工程での工程納期が工程納期記憶部１２に記憶されている。以降の説明においては、便宜上、スケジューラ４ｂでの処理について説明する。
まず、制御装置２からの初期生産スケジュールを作成する旨の指示情報を受信したか否かの判断が行われる（ステップＳ１１）。ステップＳ１１での判断は指示情報を受信したと判断されるまで繰り返し行われる。そして、指示情報を受信したと判断された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、処理順生成部２２によってランダムに生成された処理順が処理順候補記憶部１３ａ及び暫定処理順記憶部１３ｂにそれぞれ記憶され、処理順候補及び暫定処理順が初期化される（ステップＳ１２）。
次に、直前の工程（工程１）における各製品の終了予定時刻（直前工程終了時刻）を取得し、直前工程終了時刻記憶部１４に記憶する（ステップＳ１３）。そして、処理順候補記憶部１３ａに記憶された処理順と、直前工程終了時刻記憶部１４に記憶された直前工程終了時刻に基づいて、予定時刻算出部２４が、自工程（工程２）における各製品の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する（ステップＳ１４）。算出された開始予定時刻及び終了予定時刻は、スケジュール記憶部１７に記憶される。上述のステップＳ１４までの処理により、初期生産スケジュールが定まる。その後、開始可能時刻出力部２８及び終了時刻出力部２９が、スケジュール記憶部１７の記憶内容に基づいて開始可能時刻及び終了予定時刻を出力する（ステップＳ１５）。
続いて、制御装置２からの生産スケジュールを修正する旨の指示情報を受信したか否かの判断が行われる（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、生産スケジュールの修正に関する指示情報を受信していないと判断された場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御装置２からの処理を終了する旨の指示情報を受信したか否かの判断が行われる（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において処理の終了に関する指示情報を受信していないと判断された場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、上述のステップＳ１６での判断が再度行われる。また、ステップＳ１７において処理の終了に関する指示情報を受信したと判断された場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、スケジューラ４ｂでの処理が終了する。
一方、ステップＳ１６において生産スケジュールの修正に関する指示情報を受信したと判断された場合には（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、後工程開始可能時刻が取得され、後工程開始可能時刻記憶部１５に記憶される（ステップＳ１８）。続いて、後工程基準納期算出部２５が、後工程開始可能時刻記憶部１５に記憶された後工程開始可能時刻に基づいて後工程基準納期を算出する（ステップＳ１９）。このとき、算出された後工程基準納期は、後工程基準納期記憶部１６に記憶される。
その後、評価値算出部２６が、工程納期記憶部１２、後工程基準納期記憶部１６、スケジュール記憶部１７、及び重みパラメータ記憶部１８の記憶内容に基づいて、上述の（１）式で表される評価関数Ｅ２の値を算出する（ステップＳ２０）。これにより、処理順候補での生産スケジュールを評価する評価関数の値が算出される。さらに、処理順変更部２３が、処理順候補での生産スケジュールの評価関数の値と、暫定処理順での生産スケジュールの評価関数の値とを比較し、処理順候補を受け入れるか否かを判断する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１において、処理順候補を受け入れないと判断された場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、後述するステップＳ２２を省略してステップＳ２３に進む。一方、処理順候補を受け入れると判断された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、暫定処理順記憶部１３ｂに記憶されている暫定処理順が処理順候補に変更される（ステップＳ２２）。その後、処理順候補記憶部１３ａに記憶されている処理順候補が、処理順生成部２２によって新たに生成された処理順に更新される（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の後は、上述のステップＳ１３に戻り、以下同様の処理が繰り返し行われる。
ここで、スケジューリングシステム１によって生成される生産スケジュールの一例を説明する。
まず、図８を参照しつつ、図７のフローチャートにおけるステップＳ１４において作成される初期生産スケジュールの一例について説明する。図８において、横軸は工程１における製品（ここでは製品１）の処理を開始した時点を原点とする経過時間であり、縦方向には工程１〜工程４の生産スケジュールをこの順に記載している。ここで、各製品の処理時間は、白抜きの四角で表し、白抜きの四角内の数字は製品番号を表している。また、斜線付きの四角は段取り替えを表している。また、最下部の▲印は、製品１〜製品６の出荷納期Ｔ１〜Ｔ６のタイミングを表している。
図８に示す初期生産スケジュールでは、長い待ち時間が発生しており間延びしたスケジュールとなっている。すなわち、例えば、工程４では、製品６の終了予定時刻から製品５の処理開始前の段取り替えが行われるまでの間に８０分の待ち時間が発生している。また、段取り替えが工程１〜工程３では３回ずつ、工程４では２回発生しており、非常に多い。さらに、最終工程である工程４での製品１、２、３、５の終了予定時刻が出荷納期を過ぎており、納期遅れが多発している。
次に、図７のフローチャートのステップＳ１３、Ｓ１８において行われる情報交換処理について説明する。まず、第１の例として、図９を参照しつつ、図８に示すスケジュールの工程１における製品６に関する情報交換処理について説明する。図９の横軸は工程１における製品（ここでは製品１）の処理を開始した時点を原点とする経過時間であり、縦方向には工程１〜工程４の生産スケジュールをこの順に記載している。
ステップＳ１３において取得する直前工程終了時刻については、工程１は最初の工程であるので「０」である。工程１における製品６に関してステップＳ１８において取得する後工程開始可能時刻については、工程２、３、４に対する製品６の後工程開始可能時刻の３つである。
図９において、工程２の製品６の処理の直前に製品５の処理が予定されており、製品５の終了予時刻が８０分であり、且つ製品５から製品６へは段取り替えの必要がないので、工程２に対する製品６の後工程開始可能時刻は８０分である。さらに、工程１における製品６の処理終了から工程２における製品６の処理開始までの最短リードタイムは、工程間リードタイム（１０分）であるので、工程２に対する後工程基準納期は、７０分（＝８０分―１０分）である。
工程３において製品６は最初に処理されるので、工程３に対する製品６の後工程開始可能時刻は、工程３までの最短リードタイムである１００分である。また、工程１における製品６の処理終了から工程３における製品６の処理開始までの最短リードタイムは、工程間リードタイム（１０分＋１０分）と工程２での製品６の処理時間（５０分）とを加えた７０分であるので、工程３に対する後工程基準納期は、３０分（＝１００分―７０分）である。
同様に考えて、工程４に対する製品６の後工程開始可能時刻は３７０分であり、工程４に対する後工程基準納期は２５０分である。
なお、生産スケジュールを修正する際に、各後工程（工程２〜工程４）に対する後工程基準納期のいずれが重視されるかは、評価関数Ｅ１の重みパラメータにより変化する。すなわち、各後工程に対する後工程基準納期からの遅れに関する評価指標の重みパラメータＦｐの設定によって結果が異なる。本実施例においては、上述のように、工程３が負荷の最も高いネック工程であるので、工程３に対する後工程基準納期からの遅れの重みパラメータＦ３が大きく設定されている。よって、工程３に間に合う範囲内で、極力段取り替えが少なくなるように生産スケジュールが修正される。
次に、情報交換処理の第２の例として、図１０を参照しつつ、図８に示すスケジュールの工程２における製品４に関する情報交換処理について説明する。
図１０に示すように、ステップＳ１３において取得する直前工程終了時刻（工程１での製品４の終了予定時刻）は、８０分である。工程２における製品４に関してステップＳ１８において取得する後工程開始可能時刻については、工程３、４に対する製品６の後工程開始可能時刻の２つである。
図１０において、工程３における製品４の処理の直前に製品６の処理が予定されており、製品６の終了予定時刻が２２０分であり、且つ製品６から製品４へは段取り替えが必要であるので、工程３に対する製品４の後工程開始可能時刻は２３０分（＝２２０分＋１０分）である。さらに、工程２における製品４の処理終了から工程３における製品４の処理開始までの最短リードタイムは、工程間リードタイム（１０分）であるので、工程３に対する後工程基準納期は、２２０分（＝２３０分―１０分）である。
工程４において製品４は最初に処理されるので、工程４に対する製品４の後工程開始可能時刻は、工程４までの最短リードタイムである１３０分である。また、工程２における製品４の処理終了から工程４における製品４の処理開始までの最短リードタイムは、工程間リードタイム（１０分＋１０分）と工程３での製品４の処理時間（６０分）とを加えた８０分であるので、工程４に対する後工程基準納期は、５０分（＝１３０分―８０分）である。
なお、上述のように、本実施形態では、工程３に対する後工程基準納期からの遅れの重みパラメータＦ３が大きく設定されており、工程３に対して間に合う範囲内で極力段取り替えが少なくなるように生産スケジュールが修正される。
続いて、図１１を参照しつつ、初期生産スケジュールが１回変更された際に得られる生産スケジュールの一例について説明する。図１１の横軸は工程１における製品（ここでは製品１）の処理を開始した時点を原点とする経過時間であり、縦方向には工程１〜工程４の生産スケジュールをこの順に記載している。ここで、各製品の処理時間は、白抜きの四角で表し、白抜きの四角内の数字は製品番号を表している。また、斜線付きの四角は段取り替えを表している。また、最下部の▲印は、製品１〜製品６の出荷納期Ｔ１〜Ｔ６のタイミングを表している。
例えば、図９を用いて説明した工程１の製品６については、初期生産スケジュールと比べて早い時期に処理が行われるように変更されている。また、図１０を用いて説明した工程２の製品４についても、初期生産スケジュールと比べて早い時期に処理が行われるように変更されている。さらに、段取り替えの回数も、工程１、３、４でそれぞれ１回、工程２で２回と、初期生産スケジュールと比べて減少し、生産効率が向上されている。なお、製品４の工程１から工程２等、複数の箇所で、後の工程の開始予定時刻が、前の工程の終了予定時刻よりも早くなる、時間の逆行が発生している。これは、後工程との工程間リードタイムが制約でなく評価関数として扱われているためであり、変更を繰り返す過程で解消される。
次に、図１２を参照しつつ、初期生産スケジュールに対してスケジュール変更処理が施され最終的に得られた生産スケジュールの一例について説明する。図１２の横軸は工程１における製品（ここでは製品１）の処理を開始した時点を原点とする経過時間であり、縦方向には工程１〜工程４の生産スケジュールをこの順に記載している。ここで、各製品の処理時間は、白抜きの四角で表し、白抜きの四角内の数字は製品番号を表している。また、斜線付きの四角は段取り替えを表している。また、最下部の▲印は、製品１〜製品６の工程４における出荷納期Ｔ１〜Ｔ６のタイミングを表している。
各工程１〜４での生産スケジュールが適正化され、全ての製品１〜６について出荷納期Ｔ１〜Ｔ６に対する遅延が解消されている。また、生産効率を重視する工程である工程３では、段取り替えの回数が「０」となり、生産効率の高い生産スケジュールとなっている。
以上のように、本実施形態では、各スケジューラ４ａ〜４ｄにおいて、直前の工程における製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻、及び自工程よりも後の全ての工程における製品の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を取得し、それらに基づいて生産スケジュールの変更が行われるので、効率的に全体の生産スケジュールを決定することができる。また、評価値の算出に用いられる評価関数Ｅｉが、自工程の生産性を評価する評価指標に加えて、自工程での各製品の終了予定時刻の後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含んでいるので、評価値を最適化することで、後工程に対する遅れを修正しつつ、生産性を改善することが可能である。
また、パラメータ設定部が、工程ｉにおける製品ｊの終了予定時刻の工程ｐに対する後工程基準納期からの遅れを評価するための評価指標の重みパラメータであるＦPを、工程ｉより後の工程４までの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程ほど大きく設定する。さらに、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータであるγｉを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定する。したがって、生産性を特に重視すべきネック工程とネック工程に同期させて稼動させる非ネック工程とで、スケジューリングの指向を変えることができる。
さらに、パラメータ設定部２７は、負荷山積み部２１で行われる各工程間での負荷の大小関係の判断結果に基づいて、重みパラメータ記憶部１８に記憶される重みパラメータを設定する。したがって、例えば、生産ラインで生産される製品の種類が変更され、ネック工程となる工程が変わった場合でも、システムに変更を加える必要がない。
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
上述の実施形態では、各スケジューラ４ａ〜４ｄにおける処理の実行状況を監視し、スケジューラ４ａ〜４ｄに対して、スケジューラ４ａ〜４ｄ間におけるデータの授受及び処理の実行を指示する制御装置２を備えている場合について説明したが、制御装置２に代えて、図１３に示すような共有記憶装置１２０を設けてもよい。この場合、各スケジューラ４ａ〜４ｄは、各製品の終了予定時刻及び開始可能時刻を共有記憶装置１２０に出力する。さらに、各スケジューラ４ａ〜４ｄは、直前の工程での各製品の終了予定時刻（直前工程終了時刻）、及び後工程での各製品の開始可能時刻（後工程開始可能時刻）を共有記憶装置１２０から取得する。加えて、各スケジューラ４ａ〜４ｄは、自身の実行状態（実行中・実行完了）を共有記憶装置１２０に出力する。これにより、全体の同期を取ることができる。
また、上述の実施形態においては、生産ラインが４つの工程からなり、６種類の製品が製造される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、複数の工程からなる生産ラインで複数の製品を製造する場合に適用することができる。
１ スケジューリングシステム
２ 制御装置（全体制御部）
３ ＬＡＮ（通信手段）
４ａ〜４ｄ スケジューラ（スケジューリング手段）
１３ 処理順記憶部
１４ 直前工程終了時刻記憶部
１６ 後工程基準納期記憶部
１８ 重みパラメータ記憶部
２１ 負荷山積み部
２３ 処理順変更部
２４ 予定時刻算出部
２５ 後工程基準納期算出部
２６ 評価値算出部
２７ パラメータ設定部
２８ 開始可能時刻出力部
２９ 終了時刻出力部
１２０ 共有記憶装置（共有記憶部）

Claims (8)

  1. Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有しており、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリングシステムであって、
    ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段が、
    工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶部と、
    工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶部と、
    工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶部と、
    前記処理順記憶部及び前記直前工程終了時刻記憶部の記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出部と、
    前記後工程開始可能時刻記憶部の記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出部と、
    前記予定時刻算出部の算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶部と、
    前記重みパラメータ記憶部に記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定部と、
    少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶部に記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出部の算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出部と、
    前記評価値算出部で算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶部の記憶内容を変更する処理順変更部と、
    各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力部と、
    各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力部とを備えており、
    前記パラメータ設定部は、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定し、
    前記開始可能時刻出力部によって出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力部によって出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし、各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とするスケジューリングシステム。
  2. 各工程における複数の製品の処理時間の総和に基づいて、工程間の相対的な負荷の大小を判断する負荷山積み部をさらに備えており、
    前記パラメータ設定部が、前記負荷山積み部での判断結果に基づいて、前記重みパラメータ記憶部に記憶される重みパラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載のスケジューリングシステム。
  3. 前記処理順記憶部の記憶内容及び予定時刻算出部での算出結果が、前記処理順変更部による前記処理順記憶部の記憶内容の変更前後で変化しなくなるまで、生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載のスケジューリングシステム。
  4. 生産スケジュールの変更が所定回数行われるまで、生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載のスケジューリングシステム。
  5. 前記通信手段を介して各スケジューリング手段の実行状況を監視し、各スケジューリング手段に処理の実行を指示する全体制御部をさらに備えており、
    各スケジューリング手段は、前記通信手段を介して互いに情報を交換しつつ、前記全体制御部の指示に従って生産スケジュールの作成を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスケジューリングシステム。
  6. 前記通信手段を介して各スケジューリング手段と接続されており、各スケジューリング手段から出力された情報及び各スケジューリング手段の実行状況を記憶する共有記憶部をさらに備えており、
    各スケジューリング手段間での情報の交換は前記共有記憶部を介して行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスケジューリングシステム。
  7. Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有するスケジューリングシステムにおいて、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリング方法であって、
    ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段において実行される処理が、
    工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶ステップと、
    工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶ステップと、
    工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶ステップと、
    前記処理順記憶ステップ及び前記直前工程終了時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出ステップと、
    前記後工程開始可能時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出ステップと、
    前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶ステップと、
    前記重みパラメータ記憶ステップで記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定ステップと、
    少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶ステップで記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出ステップと、
    前記評価値算出ステップで算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶ステップでの記憶内容を変更する処理順変更ステップと、
    各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力ステップと、
    各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力ステップとを備えており、
    前記パラメータ設定ステップでは、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定し、
    前記開始可能時刻出力ステップで出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力ステップで出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし、各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とするスケジューリング方法。
  8. Ｎ個（Ｎ：２以上の自然数）の工程ごとに設けられた複数のスケジューリング手段と、複数の前記スケジューリング手段の間で情報を交換する通信手段とを有するスケジューリングシステムにおいて、Ｎ個の工程からなる生産ラインで複数種類の製品を生産する生産スケジュールを作成するスケジューリングプログラムあって、
    ｉ番目（ｉ：Ｎ以下の自然数）の工程である工程ｉにおける生産スケジュールを作成する前記スケジューリング手段に、
    工程ｉにおける複数の製品の処理順序を記憶する処理順記憶ステップと、
    工程ｉ−１における各製品の処理の終了予定時刻である直前工程終了時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する直前工程終了時刻記憶ステップと、
    工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における各製品の処理の開始可能時刻である後工程開始可能時刻を前記通信手段を介して取得し記憶する後工程開始可能時刻記憶ステップと、
    前記処理順記憶ステップ及び前記直前工程終了時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおける各製品の処理の開始予定時刻及び終了予定時刻を算出する予定時刻算出ステップと、
    前記後工程開始可能時刻記憶ステップでの記憶内容に基づいて、工程ｉにおいて各製品の処理を完了すべき時刻である後工程基準納期を、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対して算出する後工程基準納期算出ステップと、
    前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールを評価する際に用いられる評価指標の重みパラメータを記憶する重みパラメータ記憶ステップと、
    前記重みパラメータ記憶ステップで記憶される重みパラメータを設定するパラメータ設定ステップと、
    少なくとも生産効率を評価する評価指標及び前記後工程基準納期からの遅れを評価する評価指標を含み且つ前記重みパラメータ記憶ステップで記憶された重みパラメータが適用された評価関数であって、重みパラメータの値が大きいほど評価値が大きくなる評価関数により、前記予定時刻算出ステップでの算出結果による生産スケジュールの評価値を算出する評価値算出ステップと、
    前記評価値算出ステップで算出される評価値に基づいて、この評価値が最小となるように最適化されるように前記処理順記憶ステップでの記憶内容を変更する処理順変更ステップと、
    各製品について直前に処理される製品の終了予定時刻に基づいてその製品の開始可能時刻を出力する開始可能時刻出力ステップと、
    各製品について工程ｉでの終了予定時刻を出力する終了時刻出力ステップとを実行させ、
    前記パラメータ設定ステップでは、工程ｉにおける生産効率の評価指標の重みパラメータを、工程ｉにおける処理能力の負荷に応じて、負荷の高いほど大きく設定すると共に、工程ｉにおける工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータを個別に設定し、工程ｉより後の工程Ｎまでの各工程における処理能力の負荷に応じて、負荷の高い工程に対する前記後工程基準納期からの遅れの評価指標の重みパラメータほど大きく設定し、
    前記開始可能時刻出力ステップで出力された開始可能時刻を、工程ｉより前の工程１までの各工程での前記後工程開始可能時刻とすると共に、前記終了時刻出力ステップで出力された終了予定時刻を、工程ｉ＋１での前記直前工程終了時刻とし、各スケジューリング手段で並列的に処理を行い、各工程における生産スケジュールが所定条件を満たすまで生産スケジュールの変更を繰り返すことを特徴とするスケジューリングプログラム。
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