JP5666377B2 - 生産スケジュール作成装置及び生産スケジュール作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、多品種製品を製造する場合の生産スケジューリング技術に関し、特に、高速に、且つ、より良いスケジューリングを行う技術に関する。

複数種類の製品を生産する場合における各設備での生産スケジュールの立案は、納期の遵守、生産性の最大化、下流工程へのタイムリーな供給といった評価項目を満足したスケジュールを立案する必要がある。

しかしながら、１つの設備の一日の計画を立案する場合においてさえもスケジューリングの対象は、数十から数百に及ぶため、最適なスケジュールを立案する事は難しく、立案できたとしても時間を要することとなる。ましてや、工場全体の生産スケジュール等、計画を立案すべき設備が複数台ある場合には、計画の質の良さと高速な計画立案とを両立する事は非常に困難となる。

また、工場全体のスケジュールではなく、例えば、比較的短時間で最適なスケジューリングが可能である工程ごとにスケジュールを立てたとしても、他の工程とのつながりが悪かったり等すれば、結果として工場全体の生産性は悪化することとなる。

そこで、全行程のスケジュールを考慮しつつ、各工程のスケジュールを立案する手法が提案されている（特許文献１等参照）。この手法は、製品がグルーピングされたロットを処理単位として、全工程に亘るスケジュールを作成するものであり、ある工程のスケジュールを作成する際には、その前後の工程のスケジュールを参照するものである。このロットは、予めユーザにより設定されたパラメータであるロットサイズの上下限値や、注文情報等から決定される。

特開２０１０−９７５０６号公報

しかし、このようなスケジューリング方法は、各工程のスケジューリング対象であるロットの数が増えるに従って、計算時間が増えてしまうこととなる。また、計算時間を短縮するためには、スケジューリング対象を減らすことが考えられる。しかし、スケジューリング対象を減らすためには、ロットサイズの上下限値等のパラメータをユーザが再設定して、スケジューリングをし直す必要があり、手間と時間を要することとなる。

そこで、本発明は、複数種類の製品を生産する場合のスケジュールの作成を、従来に比べてより高速に行い、且つ、より最適なスケジュールの作成を行うことを目的とする。

本発明にかかる一態様では、複数種類の製品を順番に処理する設備のスケジュールを、予め作成された初期スケジュールから作成する生産スケジュール作成装置であって、複数個の製品から成る第１のグループを処理単位として、候補スケジュールを作成する作成手段と、前記初期スケジュールで処理する製品を第１条件を用いてグループ化して前記第１のグループを生成し、前記作成手段に候補スケジュールを作成させる第１処理と、前記作成手段が候補スケジュールを作成した際に処理単位とした第１のグループを、第２条件を用いて更にグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成手段に候補スケジュールを作成させることを繰り返す第２処理とを行う制御手段と、前記初期スケジュール及び前記作成手段が作成した候補スケジュールそれぞれを評価する評価手段と、前記評価手段が評価した前記初期スケジュール及び前記候補スケジュールのうち、最も高い評価のスケジュールを最適なスケジュールとして決定する決定手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明の他の一態様に係る生産スケジュール作成方法は、複数種類の製品を順番に処理する設備のスケジュールを、予め作成された初期スケジュールから作成する生産スケジュール作成装置で用いられる生産スケジュール作成方法であって、複数個の製品から成る第１のグループを処理単位として、候補スケジュールを作成する作成工程と、前記初期スケジュールで処理する製品を第１条件を用いてグループ化して前記第１のグループを生成し、前記作成工程で候補スケジュールを作成する第１処理と、前記作成工程で候補スケジュールを作成した際に処理単位とした第１のグループを、第２条件を用いて更にグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成工程で候補スケジュールを作成することを繰り返す第２処理とを行う制御工程と、前記初期スケジュール及び前記作成工程で作成した候補スケジュールそれぞれを評価する評価工程と、前記評価工程で評価した前記初期スケジュール及び前記候補スケジュールのうち、最も高い評価のスケジュールを最適なスケジュールとして決定する決定工程とを備えることを特徴とする。

このような構成の生産スケジュール作成装置及び生産スケジュール作成方法によれば、スケジューリング対象をグループ化することを繰り返すので、スケジューリング対象が徐々に減り、すなわち、計画を探索する際の探索範囲が徐々に狭まり、効率よく短時間で最適なスケジュールを作成できる可能性が高くなる。尚、複数種類の製品とは、複数製品であって、少なくとも種類の異なる製品が含まれているものをいう。

また、上述の生産スケジュール作成装置において、前記制御手段は、所定の終了条件を満たすまで、前記第２処理を行い、前記所定の終了条件とは、前記作成手段が作成した候補スケジュールの評価が、それ以前に作成した候補スケジュールの評価及び前記初期スケジュールの評価のうち最も高い評価を上回らない連続回数が所定回数を超えたことであることが好ましい。

また、上述の生産スケジュール作成装置において、前記制御手段は、前記所定の終了条件を満たした場合には、現在用いている前記第２条件に代えて新しい所定の条件を前記第２条件として用いてグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成手段に候補スケジュールを作成させることを繰り返すことが好ましい。
この構成によれば、グループ化する条件を変更することができるので、より良い生産スケジュールを作成できる可能性が高くなる。
また、この構成によれば、現在のグループ化条件では、これ以上良い計画が探索できない場合には、グループ化条件を変えて、再度グルーピングし直し探索を続けることができるので、より良い生産スケジュールを作成できる可能性が高くなる。

また、上述の生産スケジュール作成装置において、前記製品を処理するためには、前記設備の段取替えが必要であり、前記第１及び第２条件は、同一グループに属する製品を連続して処理した場合に前記段取替えを行う必要があるときは、これら製品は同一グループとしないという条件を含むことが好ましい。

この構成によれば、段取替えが発生しないグループを処理単位としてスケジューリングするので、段取替えの回数を減らしたスケジュールを作成することができる可能性が高くなる。

また、上述の生産スケジュール作成装置において、前記評価手段は、前記初期スケジュール又は前記候補スケジュールに含まれる前記段取替えの回数が少ないほど、前記初期スケジュール又は前記候補スケジュールの評価を高くすることが好ましい。

この構成によれば、段取替えの回数が少ないスケジュールに高い評価がなされるので、生産性の高いスケジュールが最適なスケジュールとして決定される可能性が高くなる。

また、上述の生産スケジュール作成装置において、前記生産スケジュール作成装置は、更に、前記設備以外の設備を考慮した大日程スケジュールを記憶する記憶手段を備え、前記作成手段は、前記大日程スケジュールに基づいた候補スケジュールであって、前記大日程スケジュールにおける前記製品それぞれの処理を行うときから、所定期間以内に処理を行う候補スケジュールを作成することが好ましい。

この構成によれば、他の設備を考慮した大日程スケジュールに基づいてスケジューリングするので、例えば、大日程スケジュールが工場全体の生産性や納期等を考慮したスケジュールであれば工場全体の生産性や納期等を満たしつつ、個々の設備の生産性を考慮したスケジュールを作成することが可能となる。また、大日程スケジュールにおける処理から所定期間内で処理することを条件としてスケジュールの探索範囲を絞るので、より高速にスケジュールを作成することが可能となる。

本発明にかかる生産スケジュール生産装置は、複数種類の製品を生産する場合のスケジュールの作成を、より高速に行い、且つ、より最適なスケジュールの作成を行うことができる。

実施形態における生産スケジュール作成装置の機能的構成を示すブロック図である。 実施形態における生産スケジュール作成装置のスケジュール立案処理を説明するためのフローチャートである。 図１に示す生産スケジュール立案装置における注文情報テーブルの構成及び内容の例を示す図である。 図１に示す生産スケジュール作成装置における大日程計画例を示す図である。 図１に示す生産スケジュール立案装置における初期計画の例を示す図である。 図１に示す生産スケジュール立案装置における候補計画の例を示す図である。 図１に示す生産スケジュール立案装置における候補計画の例を示す図である。

＜実施形態＞
＜概要＞
多品種多工程の製品を、複数の生産ラインで製造する工場全体の生産スケジュールは、納期を遵守するのはもちろん、工場全体の生産性を最大化するものであることが望まれ、加えて、このようなスケジュールを、迅速に作成できることが望まれる。このような生産ラインとしては、例えば鉄鋼・銅板・アルミ板等の素材系工場の生産ラインが挙げられる。

このような多品種多工程の製品を複数の生産ラインで製造する工場全体の生産スケジュールは、多品種の製品を、単独の生産ラインで製造する設備の生産スケジュールの集合体ということができる。従って、全体のスケジュールを考慮しつつ、この単独の生産ラインの生産性を高めることが、工場全体の生産性を高めることにつながる。生産ラインは複数種類の製品を製造するために、段取替えを行う。圧延工程における圧延ロールの交換等である。この段取替えの回数を減らすことが生産性を高める大きな１要因となる。

また、スケジュールを高速に作成するためには、計算量を減らす必要があり、その為には、スケジューリング対象の個数を減らすことが考えられる。

実施形態の生産スケジュール作成装置は、段取替え等を考慮して製品をグループ化し、グループを処理単位としてスケジュールを作成し、更に、そのグループをグループ化してスケジュールを作成することを繰り返すことで、スケジューリングの対象の数を徐々に減らしながら最適なスケジュールを探索するものである。従って、工場全体の生産性を可能な限り高くしたスケジュールを短時間で作成することが可能となる。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。

＜構成＞
図１は、生産スケジュール作成装置１０００の機能ブロックの構成を示す図である。

生産スケジュール作成装置１０００は、生産スケジュール作成制御部１００１、入力部１００２及び出力部１００３を備えて構成される。

入力部１００２は、生産スケジュールを作成するプログラム等を起動するコマンド等の各種コマンド、及び、スケジュールの作成等を行う上で必要な各種データを生産スケジュール作成装置１０００に入力する機器である。例えば、キーボードやマウス等である。

出力部１００３は、入力部１００２から入力されたコマンドやデータ、及び、生産スケジュール作成装置１０００によって作成されたスケジュール等を出力（提示）する機器である。例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ、及び、プラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

生産スケジュール作成制御部１００１は、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路等を備えて構成され、機能的に、初期計画作成部１１００、計画探索部１２００、最適計画判定部１３００、計画評価部１４００、大日程計画記憶部１５００、操業条件記憶部１６００、グループ化条件記憶部１７００、及び、最適計画記憶部１８００を備え、制御プログラムに従い入力部１００２、及び、出力部１００３を当該機能に応じてそれぞれ制御する。尚、生産スケジュール立案処理部１００１内の矢印は、機能ブロック間のデータの流れを表す。

初期計画作成部１１００は、大日程計画記憶部１５００に記憶されている数日〜数か月程度の生産計画である大日程計画を読み出し、最初の生産スケジュールである初期計画を作成する機能を有する。作成された初期計画は、計画探索部１２００、及び、最適計画判定部１３００に渡される。

この初期計画作成部１１００は、スケジュール作成の際、操業条件記憶部１６００に記憶されている各種情報を読み出し、読み出した情報に基づいて初期計画を作成する。作成する方法は、従来の方法の何れかで作成するものとするが、初期計画は、読み出した大日程計画に矛盾せず、高速に計画立案出来るものが望ましいことから、生産スケジュール作成装置１０００では、注文毎に大日程計画において処理予定されている日を変えずに、且つ、段取り替えに係る時間を考慮せずに並べる、といったルールを採用する。

計画探索部１２００は、初期計画作成部１１００から受け取った初期計画を基に、探索処理を制御し、候補計画を作成する。具体的には、製品をグループ化し、グループを処理単位として候補計画を作成することを繰り返す。作成された候補計画は、最適計画判定部１３００に渡される。グループ化に際して、計画探索部１２００は、グループ化条件記憶部１７００から読み出した条件に応じてグループ化を行う。このグループ化の方法については、後の＜グループ化＞の項で説明する。また、計画を作成する方法は、従来の方法の何れかで作成するものとする。但し、納期を遵守し、工場全体の生産性を最大化することを目的としてスケジューリングを行う。

最適計画判定部１３００は、後述する計画評価部１４００が算出した計画の評価を基に、最も評価の高い計画を判定し、最適計画記憶部１８００に記憶する機能を有する。具体的には、初期計画作成部１１０又は計画探索部１２００から受け取った計画の評価を計画評価部１４００に依頼し、計画評価部１４００から受け取った評価が最適計画記憶部１８００に記憶されている計画の評価よりも高い場合は、受け取った評価の計画で最適計画判定部１３００に記憶されている計画を更新する。

計画評価部１４００は、最適計画判定部１３００から受け取った計画の評価を行い、評価結果を最適計画判定部１３００に通知する機能を有する。この評価の方法については、後の＜評価方法＞の項で説明する。

大日程計画記憶部１５００は、予め、数日〜数か月程度の生産計画である大日程計画を記憶しておく機能を有する。この大日程計画は、工場全体の、生産性や納期等を考慮してスケジューリングした計画である。

操業条件記憶部１６００は、初期計画作成部１１００での初期計画や、計画探索部１２００での候補計画の作成に必要な情報を、予め記憶しておく機能を有する。例えば、注文情報、設備能力の情報、生産ラインの情報等である。また、計画を作成（探索）する際の条件を記憶しておく。実施形態では、大日程計画によって決定されている大まかな処理時間から大きく外れない範囲でスケジュールを探索する事ができるような条件を設定する。例えば、それぞれの注文が大日程計画における処理予定日から1日(この値は任意に設定可能)以上ずれないという制約をユーザが設定して記憶させる。この制約を入れることで、探索範囲が狭まり、さらに効率よくスケジュールの探索が可能となる。更に、大日程計画作成時に考慮した事(工場全体の生産性や納期など)を満たしつつ、個々の設備の生産性を考慮したスケジュールを作成することが可能となる。

グループ化条件記憶部１７００は、製品をグループ化する際のグループ化条件を記憶しておく機能を有する。

最適計画記憶部１８００は、最適計画を記憶する機能を有する。

これらの大日程計画記憶部１５００等の記憶部は、その用途に応じて、例えば、生産スケジュール作成装置１０００のいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶素子、ＲＯＭ（Read Only Memory）や書換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子、ハードディスク等により構成される。

また、生産スケジュール作成装置１０００は、ユーザから入力部１００２を介して入力されたコマンドに応じて、最適計画記憶部１８００等の各記憶部の内容を出力部１００３に表示させたり、入力部１００２を介してグループ化条件記憶部１７００等の記憶部の内容を作成、修正等を行う機能も有している。

このような構成の生産スケジュール作成装置１０００は、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータを用いて構成可能であり、ハードディスク等の記憶部に格納されている計画探索方法をプログラムしたソフトウェアを実行することによって上述の計画探索部１２００がコンピュータに機能的に構成される等する。尚、コンピュータには、図１に示す他の機能部のうちの１または複数が構成されてもよい。

スケジュール作成方法等をプログラムしたプログラムが生産スケジュール作成装置１０００のハードディスク等の記憶部に格納されていない場合には、これらを記録した記録媒体から外部記憶部を介して生産スケジュール作成装置１０００内の記憶部にインストールされるように構成してもよく、また、これらプログラムを管理するサーバ（不図示）からネットワーク及び通信インタフェース部を介して各プログラムがダウンロードされるように構成してもよい。また、大日程計画記憶部１５００等に記憶されているデータは、このデータを記憶した記録媒体によって外部記憶部を介して生産スケジュール作成装置１０００に入力されるように構成してもよく、また、ユーザからネットワーク及び通信インタフェース部を介して生産スケジュール作成装置１０００に入力されるように構成してもよい。

＜生産スケジュールの対象＞
ここで、生産スケジュール作成装置１０００が、スケジュールを作成する対象例について説明する。以下、この対象例についてスケジュールを作成する場合を説明する。

＜設備＞
対象は、１設備とする。

本設備は、一度に一つの注文しか処理できず、また異なる種類の注文を連続して処理する場合には、段取替えが発生する可能性があるものとする。実施形態では、説明の便宜上、発生する段取りとして、ＡとＢとがあるものとし、その段取替えには、１／５日（５分の１日）、すなわち、４．８時間要するものとする。なお、この段取替えの時間は、後述する注文１本分の処理時間と同じである。

更に、設備能力として、通常であれば、注文毎に処理能力が異なる場合があるが、本実施形態では、注文５本／日を処理能力とする。もちろん、注文毎に処理能力を変更してもよい。例えば、注文Ａについては、１時間で１注文を処理し、注文Ｂについては、２時間
で１注文を処理する等である。

尚、実施形態では、説明の便宜上、１設備を対象としているが、複数の設備を対象としてもよい。

＜注文＞
受注した注文の状況を図３に示す。

図３は、注文情報テーブル１６１０の構成及び内容の例を示す図である。

注文情報テーブル１６１０は、操業条件記憶部１６００に予め記憶され、初期計画作成部１１００等によって参照される。

注文情報テーブル１６１０は、注文名１６１１、段取条件１６１２、注文量１６１３、及び、納期１６１４で構成される。

注文名１６１１は、ある注文を特定し区別するための名前を示す。実施形態では、注文名１６１１が「注文Ａ−１」、「注文Ａ−２」〜「注文Ｆ−２」の１６個の注文を想定する。以下、「注文名１６１１が「注文Ａ−１」の注文」等を、単に、「注文「Ａ−１」」等というものとする。

また、この注文名のアルファベットが同じ注文は、同種類の注文であるとする。例えば、製品が同種類であるなどである。例えば、注文「Ａ−１」と注文「Ａ−２」は、異なる注文であるが、同種の製品の注文である。

段取条件１６１２は、注文名１６１１が示す注文を処理する場合に、必要な段取条件を示す。実施形態では、「Ａ」又は「Ｂ」である。また、段取条件が同じ注文を連続して処理する場合は、段取替えは不要となる。例えば、注文「Ａ−２」の処理を開始しようとする場合、その前に処理していた注文が注文「Ａ−１」であったとする。この場合は、注文名１６１１が「注文Ａ−１」であるレコードに段取条件１６１２として設定されている段取条件が「Ａ」であり、注文名１６１１が「注文Ａ−２」であるレコードに段取条件１６１２として設定されている段取条件が「Ａ」であるので、段取替えは行わない。また、その前に処理していた注文が注文「Ｂ−１」であった場合は、注文名１６１１が「注文Ｂ−１」であるレコードに段取条件１６１２として設定されている段取条件は「Ｂ」であり、注文「Ａ−２」の段取条件「Ａ」と異なるので、段取替えが必要となる。以下、「注文名１６１１が「注文Ａ−１」であるレコードに段取条件１６１２として設定されている段取条件「Ａ」」等を、単に、「注文「Ａ−１」の段取条件「Ａ」」等というものとする。

注文量１６１３は、注文名１６１１で示される注文における必要量を示す。以下、「注文名１６１１が「注文Ａ−１」であるレコードに注文量１６１３として設定されている必要量」等を、単に、「注文「Ａ−１」の注文量」等というものとする。

実施形態では、量「１」を最小単位としてスケジューリングを行う。例えば、注文「Ａ−１」の注文量が「３」であるので、注文「Ａ−１」に追番を振って、「Ａ−１−０１」、「Ａ−１−０２」、「Ａ−１−０３」の３つの注文としてスケジューリングを行う。この「Ａ−１−０１」等を注文１本というものとし、上記＜設備＞の項で説明したように、この注文１本を設備で処理する場合、１／５日（５分の１日）、すなわち、４．８時間要するものとする。

納期１６１４は、注文名１６１１で示される注文を処理する設備における納期を示す。ここでは、納期を年月日ではなく、ある日から何日目として示す。以下、「注文名１６１１が「注文Ａ−１」であるレコードに納期１６１４として設定されている納期」等を、単に、「注文「Ａ−１」の納期」等というものとする。

＜大日程計画＞
大日程計画の内容を図４に示す。生産スケジュール作成装置１０００は、この大日程計画に基づいて、最適なスケジュールを作成する。

図４は、大日程計画１５１０の構成及び内容の例を示す図である。

大日程計画１５１０は、大日程計画記憶部１５００に予め記憶され、初期計画作成部１１００等によって参照される。

大日程計画１５１０は、注文名＆追番１５１１、及び、処理日１５１２で構成される。

注文名＆追番１５１１は、１本の注文を特定し区別するための識別子（以下、「注文番号」という。）を示す。

処理日１５１２は、注文名＆追番１５１１で示される注文を、設備で処理する日を示す。実施形態では、年月日ではなく、計画における１日目、２日目というように表すものとする。また、処理日１５１２は、処理する日を示すのみで、処理する順番を示してはいない。

上述の＜注文＞の項で説明したように、注文番号で示される注文は、スケジューリングの最小単位の注文であり、注文名とその追番で表す。注文１本に４．８時間要するので、大日程計画１５１０では、１日あたり５本の注文を処理し、納期が守られるように５４本の注文のスケジューリングがなされている。

＜最適計画（最適解）の探索方法＞
本実施形態では、最適解の探索、すなわち、候補計画の作成、及び、暫定解（最適解）の更新については、公知の技術である局所探索法を用いるものとする。本手法は、計算時間は早いものの、局所最適解に陥るという問題がある。生産スケジュール作成装置１０００では、この問題を解決するため、スケジューリング対象のグループを探索毎に、すなわち、候補計画を作成する毎に変更する事で局所最適解の脱出が可能となっている。

更に、本実施形態では、あるグループ化条件で最適解を見つけたとしても、そのグループ化の条件を変えて探索を行うことで、より最適な計画を立案することとしている。

＜評価方法＞
初期計画作成部１１００で作成した初期計画、及び、計画探索部１２００で作成した候補計画の評価の方法を説明する。この処理は、計画評価部１４００が行う処理である。

生産スケジュール作成装置１０００における計画の評価では、納期遅れ量と生産性とについて評価する。そして、これらの評価値に基づいて計画の評価値を算出する。

まず、納期遅れ量については、注文毎の納期遅れ日数の合計値を納期遅れ量の評価値とする。尚、注文毎に優先度を変えても良く、納期遅れ日数が一定値を超えると、納期遅れ量が増大する等、遅れ日数と遅れ量の関係を指数的に表現することとしてもよい。

次に、生産性については、次の２つの項目について評価する。設備での段取替えの回数と、処理している注文の種類が変わった回数とである。処理している注文の種類が変わった回数とは、例えば、注文「Ａ−１」の次に注文「Ｄ−１」を処理した場合である（図３参照）。注文「Ａ−１」の段取条件は「Ａ」であり、注文「Ｄ−１」の段取条件は「Ａ」であるので、段取替えは発生しない。しかし、注文の種類が「Ａ」と「Ｄ」であるので、処理している注文の種類が変わった回数がカウントされる。この回数を生産性の評価に用いるのは、段取替えが発生せずとも、同種の注文を連続して処理する場合の方が、種類が異なる注文を連続して処理するよりも作業性は良いという観点からである。尚、段取替え回数ではなく、段取替えに要した時間等を基に評価値を算出してもよい。段取替えの種類によって要する時間が異なる場合に、特に有効である。

ここで、評価値の算出例を、初期計画を用いて説明する。

図５に、初期計画作成部１１００が作成した初期計画１８１０を示す。初期計画１８１０は、順序１８１１、注文名＆追番１８１２、段取条件１８１３、処理開始時刻１８１４、処理終了時刻１８１５、及び、グループ名１８１６で構成される。但し、初期計画作成部１１００が作成するのは、順序１８１１〜処理終了時刻１８１５である。グループ名１８１６は、後述する計画探索部１２００が作成する。

順序１８１１は、設備で処理する注文の順番を示す。段取替えの時間は、注文を処理していないので順番は設定しない。

注文名＆追番１８１２は、順序１８１１で示される順番で処理する注文を示す。この注文名＆追番１８１２には、大日程計画１５１０の注文名＆追番１５１１に設定されている５４個の注文番号が設定される。この設定順序は、初期計画作成部１１００が注文名＆追番１５１１で示される１本の注文を処理単位としてスケジューリングを行った結果である。

段取条件１８１３は、注文名＆追番１８１２で示される注文番号の注文を処理するのに必要な段取条件を示す。この段取条件には、注文番号の注文名が注文名１６１１として設定されている、注文情報テーブル１６１０のレコードに段取条件１６１２として設定されている段取条件が設定される。例えば、注文名＆追番１８１２が「注文Ａ−１−０１」のレコードの段取条件１８１３として、注文名１６１１が「注文Ａ−１」のレコードに段取条件１６１２として設定されている「Ａ」が設定される。段取条件１８１３に設定される段取が変わる場合は、段取替えの時間が設けられる。例えば、順序１８１１が「１１」と「１２」の間である。

処理開始時刻１８１４は、注文名＆追番１８１２で示される注文番号の注文の処理を開始する日時を示し、処理終了時刻１８１５は、処理を終了する日時を示す。処理開始時刻１８１４から処理終了時刻１８１５までの時間は、４．８時間、すなわち４時間４８分である。

グループ名１８１６は、注文名＆追番１８１２で示される注文が属するグループの名称を示す。このグループ化は、計画探索部１２００が行う。グループ化については、＜グループ化＞の項で説明する。

初期計画１８１０の評価値は、上述した３つの項目の評価値、すなわち、納期遅れ量、段取替え回数、及び、注文の種類が変わった回数を用いて、以下のように算出する。

納期遅れは発生していないため納期遅れ量は“０”、段取替え回数は、“９”、注文の種類が変わった回数（矢印１〜１２参照）は、“１２”である。

次に、各評価項目に重みを設け、各項目の評価値の合計を評価値とする。例えば、納期遅れ量の重みを「１０」、段取替え回数の重みを「１」、注文の種類が変わった回数の重みを「０．１」とすると、初期計画１８１０の評価値は１０×０＋１×９＋０．１×１２＝１０．２となる。この評価方法の場合、評価値が小さいほど、計画の評価が高いことになる。

尚、重みづけを用いる他に、優先順位を設けてもよい。例えば、優先順位を、納期遅れ量、段取替え回数、注文の種類が変わった回数の順とし、納期遅れ量が最も優先順位が高いとする。この場合は、仮に、段取替え回数が９回から０回に減ったとしても、納期遅れが発生している場合には、その計画の評価は低くするなどである。

＜グループ化＞
次に、注文をグループ化する際の条件について説明する。計画探索部１２００は、このグループ化条件に則ってグループ化を行う。グループ化条件は、グループ化条件記憶部１７００に記憶されている。また、このクループ化条件は、複数記憶されているものとし、計画探索部１２００は、新たな条件で探索を開始する場合には、予め決められた順序で条件を選択して探索を行う。

このグループ化は、最初に注文をグループ化する場合、すなわち、初期計画をグループ化する場合と、グループ化されたグループを更にグループ化する場合、すなわち、候補計画をグループ化する場合との２つがある。

以下、あるグループ化条件を例にとって説明する。

まず、初期計画をグループ化する場合のグループ化条件を説明する。

グループ化条件は、「同一日に実施される同種の注文を１グループとする。但し、段取替えを含まないものとする」とする。例えば、注文情報テーブル１６１０の注文「Ｄ−１」の段取条件は「Ａ」であり、注文「Ｄ−２」の段取条件は「Ｂ」であるので、注文「Ｄ−１」と注文「Ｄ−２」とが連続して同じ日に処理されたとしても、注文「Ｄ−１」が処理された後に段取替えが行われるため、注文「Ｄ−１」と注文「Ｄ−２」とは同じグループとはならない。

初期計画１８１０（図５参照）を例にとると、グループ名１８１６に示すようなグループ分けがなされる。グループ名は、注文の種類を示すアルファベットと追番で示される。注文の種類を示すアルファベットは、注文名のアルファベットと同じものが振られる。例えば、順序１８１１が「１」〜「１１」の注文は、注文の種類は「Ａ」であるが、処理開始時刻１８１４の日が異なるので、処理開始時刻１８１４の日が同日の順序１８１１が「１」〜「５」の注文が、グループ名１８１６「グループＡ−１」として１つのグループとなる。

初期計画１８１０から更に最適解を探索する場合に、通常であれば、注文名＆追番１８１２で示される注文、すなわち、５４個の注文がスケジューリング対象となる。しかし、生産スケジュール作成装置１０００では、２１個のグループをスケジューリング対象として最適解を探索する。従って、計算量を大幅に減らすことができ、より短時間で最適解を求めることが可能となる。

次に、候補計画をグループ化する場合のグループ化条件を説明する。

この場合のグループ化条件は、「同種の注文を１グループとする。但し、段取替えを含まないものとする」とする。初期計画をグループ化する場合のグループ化条件と比べて、「同一日に実施される」という条件がはずされる。

ここで、候補計画のグループ化例を、図６を用いて説明する。

図６に、初期計画１８１０を基に、計画探索部１２００が、初期計画１８１０のグループ名１８１６で示されるグループを処理単位として作成した候補計画１８２０を示す。ここでは、段取替えの回数が、９回から５回に減り、生産性が上がるようなスケジューリングとなっている。

候補計画１８２０は、順序１８２１、グループ名１８２２、段取条件１８２３、処理開始時刻１８２４、処理終了時刻１８２５、対応注文１（１８２６）、対応注文２（１８２７）、対応注文３（１８２８）、対応注文４（１８２９）、対応注文５（１８３０）、及び、新グループ名１８３１で構成される。但し、計画探索部１２００は、候補計画として、順序１８２１〜対応注文５（１８３０）を作成し、更に候補計画を探索する前に新グループ名１８３１を作成する。

順序１８２１は、初期計画１８１０の順序１８１１と同様であり、設備で処理する注文の順番を示す。段取替えの時間は、注文を処理していないので順番は設定しない。

グループ名１８２２は、順序１８２１で示される順番で処理するグループのグループ名を示す。このグループ名１８２２には、初期計画１８１０のグループ名１８１６に設定されていた２１個のグループ名が設定される。この設定順序は、計画探索部１２００がグループ名１８１６で示されるグループを処理単位としてスケジューリングを行った結果である。

段取条件１８２３は、グループ名１８２２で示されるグループの注文を処理するのに必要な段取条件を示す。すなわち、グループ名１８２２で示されるグループに属する注文の段取条件が設定される。例えば、グループ名１８２２が「グループＡ−１」のグループには、初期計画１８１０のグループ名１８１６が「グループＡ−１」のレコードに注文名＆追番１８１２として設定されている注文「Ａ−１−０１」〜「Ａ−２−０２」が属することになる。従って、注文情報テーブル１６１０の注文「Ａ−１」の段取条件「Ａ」が設定されることになる。グループ化の条件に、同種の注文であり、段取替えが発生しないことが含まれているため、同じグループに属する注文の段取条件は同じである。

処理開始時刻１８２４は、グループ名１８２２で示されるグループに属する注文の処理を開始する日時を示し、処理終了時刻１８２５は、処理を終了する日時を示す。処理開始時刻１８２４から処理終了時刻１８２５までの時間は、グループに属する注文の本数に応じて異なる。

対応注文１（１８２６）〜対応注文５（１８３０）は、グループ名１８２２で示すグループに属する注文の注文番号を示す。具体的には、グループ名１８２２で示すグループ名が、１つ前の計画、すなわち、初期計画１８１０のグループ名１８１６として設定されているレコードに、注文名＆追番１８１２として設定されている注文番号を設定する。この例では、各グループに属している注文の最大値が５個である。

新グループ名１８３１は、グループ名１８２２で示されるグループが属するグループの名称を示す。

候補計画１８２０（図６参照）を例にとると、新グループ名１８３１に示すようなグループ分けがなされる。このグループ化は、計画探索部１２００が、更に最適解の検索を行う前に行う。

グループ名は、注文の種類を示すアルファベットと追番で示され、アルファベットの前には、何回目のグループ化であるかが示される。図６では、初期計画１８１０をグループ化したグループ（初期計画１８１０のグループ名１８１６参照）に対するグループ化であるので、アルファベットの前に「２」が付される。

例えば、順序１８２１が「１」〜「３」の注文は、処理開始時刻１８２４の日は異なっているが、注文の種類は「Ａ」であるので、新グループ名１８３１「グループ２Ａ−１」として１つのグループとなる。

候補計画１８２０から更に最適解を探索する場合に、更にグループ化することで、１０個のグループをスケジューリング対象として最適解を探索することになる。

ここで、図７に、図６の候補計画１８２０の新グループ名１８３１で示される１０個のグループをスケジューリング対象として、計画探索部１２００がスケジューリングした結果である候補計画１８４０を示す。

候補計画１８４０では、段取替えの回数が、候補計画１８２０の５回から３回に減り、生産性が上がるようなスケジューリングとなっている。

候補計画１８４０は、順序１８４１、グループ名１８４２、段取条件１８４３、処理開始時刻１８４４、処理終了時刻１８４５、対応グループ１（１８４６）、対応グループ２（１８４７）及び対応グループ３（１８４８）で構成される。但し、更に候補計画を探索する前には、候補計画１８２０の新グループ名１８３１に相当する欄を作成し追加する。

順序１８４１、グループ名１８４２、段取条件１８４３、処理開始時刻１８４４及び処理終了時刻１８４５は、それぞれ、候補計画１８２０の順序１８２１、グループ名１８２２、段取条件１８２３及び処理終了時刻１８２５と同様の内容を示す。但し、グループ名１８４２には、候補計画１８２０の新グループ名１８３１に設定されていた１０個のグループ名が設定され、その順序は、計画探索部１２００が新グループ名１８３１で示されるグループを処理単位としてスケジューリングを行った結果である。

対応グループ１（１８４６）、対応グループ２（１８４７）及び対応グループ３（１８４８）は、グループ名１８４２で示すグループに属するグループ名を示す。具体的には、グループ名１８４２で示すグループ名が、１つ前の計画、すなわち、候補計画１８２０の新グループ名１８３１として設定されているレコードに、グループ名１８２２として設定されているグループ名を設定する。この例では、各グループに属しているグループの最大値が３個である。

候補計画１８４０以降に作成される候補計画は、候補計画１８４０と同様の構成となる。

ここで、候補計画１８２０と候補計画１８４０との評価値を算出してみる。

候補計画１８２０の評価値は、納期遅れは発生していないため納期遅れ量は“０”、段取替え回数は、“５”、注文の種類が変わった回数は、“９”であるので、納期遅れ量の重みを「１０」、段取替え回数の重みを「１」、注文の種類が変わった回数の重みを「０．１」とすると、候補計画１８２０の評価値は１０×０＋１×５＋０．１×９＝５．９となる。

候補計画１８４０の評価値は、納期遅れは発生していないため納期遅れ量は“０”、段取替え回数は、“３”、注文の種類が変わった回数は、“８”であるので、候補計画１８４０の評価値は１０×０＋１×３＋０．１×８＝３．８となる。

このように、グループ化を繰り返していくことでスケジューリング対象の個数を減らしていくので、計算量を大幅に減らすことができ、より短時間で最適解を求めることが可能となる。また、１つ前の探索において、陥っていた局所最適解から脱出でき、より良いスケジュールを立案可能となっている。すなわち、初期計画１８１０、候補計画１８２０、候補計画１８４０と計画の探索を行う毎に、「１０．２」、「５．９」、「３．８」と評価が上がっていき、より良いスケジュールの立案がなされていることが確認できる。

ここでは、あるグループ化条件、すなわち、初期計画をグループ化する場合のグループ化条件が「同一日に実施される同種の注文を１グループとする。但し、段取替えを含まないものとする」で、候補計画をグループ化する場合のグループ化条件が「同種の注文を１グループとする。但し、段取替えを含まないものとする」であるグループ化条件を説明した。他のグループ化条件としては、例えば、「１グループに属する注文の本数の上限」の条件や「段取条件で処理できる時間の上限」の条件を加える等したものとする。

また、実施形態では、新たな探索条件として新たなグループ化条件を用いることとしているが、他の探索条件を付加、削除、変更等してもよい。

＜動作＞
以下、生産スケジュール作成装置１０００の動作について、図２、及び、図５〜図７を用いて説明する。適時、図３の注文情報テーブル１６１０、及び、図４の大日程計画１５１０を参照する。

図２は、生産スケジュール作成装置１０００の最適計画作成処理を説明するためのフローチャートである。

まず、ユーザは、スケジュールを作成するために必要な情報をマスタファイル（不図示）から読み出して作成する。具体的には、スケジューリング対象の大日程計画１５１０を読み出して大日程計画記憶部１５００に記憶させる。また、スケジューリングに必要な情報を読み出して、必要に応じて注文情報テーブル１６１０等を作成して操業条件記憶部１６００に記憶させる。また、グループ化条件を作成して、グループ化条件記憶部１７００に記憶させる。尚、マスタファイルには、生産スケジュール作成装置１０００において生産スケジュールの作成を行う際に必要な、さまざまな情報が記憶されているものとする。

次に、ユーザは、入力部１００２を介してスケジュールの作成を指示するコマンドを入力する。

生産スケジュール作成制御部１００１は、スケジュールの作成を指示するコマンドが入力された旨の通知を受けると、初期計画作成部１１００に初期計画の作成を指示する。

指示を受けた初期計画作成部１１００は、注文情報テーブル１６１０、及び、生産スケジュール立案処理に必要な各種情報を操業条件記憶部１６００から読み出し、また、大日程計画１５１０を大日程計画記憶部１５００から読み出す（ステップＳ１０）。

大日程計画１５１０等を読み出した初期計画作成部１１００は、大日程計画１５１０を基に初期計画１８１０を作成し（ステップＳ１１）、作成した初期計画１８１０を最適計画判定部１３００及び計画探索部１２００に渡す。

初期計画１８１０を受け取った最適計画判定部１３００は、受け取った初期計画１８１０（図５参照）を計画評価部１４００に渡して、評価を依頼する。

依頼を受けた計画評価部１４００は、上述の＜評価の方法＞の項で説明したように評価を行い（ステップＳ１２）、評価値を最適計画判定部１３００に返す。初期計画１８１０の評価値は、「１０．２」である。

評価値を渡された最適計画判定部１３００は、初期計画１８１０を評価値と対応付けて最適計画記憶部１８００に記憶させる（ステップＳ１３）。

また、初期計画作成部１１００から初期計画１８１０を受け取った計画探索部１２００は、グループ化条件記憶部１７００からグループ化条件を読み出し（ステップＳ１４）、上述の＜グループ化＞の項で説明したように、読み出したグループ化条件に則って初期計画１８１０をグループ化する（ステップＳ１５）。具体的には、グループ名１８１６に示すようにグループ化する。

グループ化を行った計画探索部１２００は、グループを処理単位として候補計画１８２０（図６参照）を作成し（ステップＳ１６）、作成した候補計画１８２０を最適計画判定部１３００に渡す。

候補計画１８２０を受け取った最適計画判定部１３００は、受け取った候補計画１８２０を計画評価部１４００に渡して、評価を依頼する。

依頼を受けた計画評価部１４００は、上述の＜評価の方法＞の項で説明したように評価を行い（ステップＳ１７）、評価値を最適計画判定部１３００に返す。具体的には、評価値「５．９」を返す。

評価値を渡された最適計画判定部１３００は、最適計画記憶部１８００に記憶されている初期計画１８１０と対応付けて記憶されている評価値と、計画評価部１４００から渡された評価値とを比べて、計画評価部１４００から渡された評価値の方が評価が高い場合（ステップ１８：Ｙｅｓ）、候補計画１８２０をその評価値と対応付けて最適計画記憶部１８００に記憶させる（ステップＳ１９）。この際、初期計画１８１０とその評価値とを消去する。尚、消去せずに、最も評価が高い計画（最適解）がわかるようにして記憶しておいてもよい。

具体的には、初期計画１８１０の評価値は「１０．２」、候補計画１８２０の評価値は「５．９」であり、候補計画１８２０の評価の方が高いので、初期計画１８１０に代えて候補計画１８２０をその評価値と対応付けて最適計画記憶部１８００に記憶させる。

一方、計画評価部１４００から渡された評価値の方が評価が低い場合（ステップ１８：Ｎｏ）は、最適計画記憶部１８００に記憶されている計画を書き換えないので、最適計画記憶部１８００には、その時点までの最も評価が高い計画（最適解）が記憶されていることになる。

次に、計画探索部１２００は、現在のグループ化条件（探索条件）での探索を終了するか否かを判断する（ステップＳ２０）。具体的には、探索を行って候補計画を作成したにも関わらず最適計画記憶部１８００に記憶されている計画（最適解）が更新されないことが一定回数続いた場合、もしくは、探索処理の時間が一定時間を経過した場合に終了すると判断する。この一定回数、もしくは一定時間は、許容できる計算時間、及び、利用する計算機の性能等によって利用者で設定する。

探索を終了しないと判断した場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、計画探索部１２００は、ステップＳ１５から処理を行う。

具体的には、計画探索部１２００は、候補計画１８２０をグループ化し（ステップＳ１５、新グループ名１８３１参照）、この１０個のグループをスケジューリング対象として候補計画１８４０（図７参照）を作成する（ステップＳ１６）。そして、作成した候補計画１８２０を最適計画判定部１３００に渡す。最適計画判定部１３００は、受け取った候補計画１８４０を計画評価部１４００に渡して、評価を依頼し、依頼を受けた計画評価部１４００は、上述の＜評価の方法＞の項で説明したように評価を行い（ステップＳ１７）、評価値「３．８」を最適計画判定部１３００に返す。評価値を渡された最適計画判定部１３００は、最適計画記憶部１８００に記憶されている候補計画１８２０の評価値が「５．９」であるので（ステップ１８：Ｙｅｓ）、候補計画１８４０をその評価値「３．８」と対応付けて最適計画記憶部１８００に記憶させる（ステップＳ１９）。この際、候補計画１８２０を消去する。

一方、ステップＳ２０において、探索を終了すると判断した場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、計画探索部１２００は、計画の探索を終了するか否かを判断する（ステップＳ２１）。具体的には、異なるグループ化条件（探索条件）を設定した探索（ステップＳ１５〜ステップＳ２０）を所定回数行ったこと、または、新たなグループ化条件における探索で、一度も最適計画記憶部１８００に記憶されている最適解が更新されない場合に、終了と判断する。

計画の探索を終了すると判断した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、計画探索部１２００は、出力部１００３に最適計画記憶部１８００に記憶されている計画を表示させる（ステップＳ２２）。例えば、候補計画１８４０（図７参照）を基にグループ化を行い、計画の探索を行ったが、最適計画記憶部１８００に記憶されている最適解が更新されなかった場合は、候補計画１８４０が最適解として表示される。

一方、計画の探索を終了しないと判断した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、計画探索部１２００は、ステップＳ１４から処理を開始する。具体的には、グループ化条件記憶部１７００に記憶されているグループ化条件のうち、新しいグループ化条件を用いて、最適計画記憶部１８００に記憶されている計画のスケジューリング対象であったグループ（初期計画１８１０が記憶されている場合は、注文）をグループ化して、探索を続行する。尚、初期計画１８１０をメモリに記憶しておき、初期計画１８１０のスケジューリング対象をグループ化するところから開始してもよい。また、最適計画記憶部１８００に記憶されている計画ではなく、計画探索部１２００が作成した最も新しい計画のスケジューリング対象をグループ化するところから開始してもよい。

以上により、高速に、大日程計画を考慮する事で工場全体の生産性や納期を考慮し、かつ各工程においても生産性の高いスケジュールが立案可能となる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１０００ 生産スケジュール作成装置
１００１ 生産スケジュール作成制御部
１００２ 入力部
１００３ 出力部
１１００ 初期計画作成部
１２００ 計画探索部
１３００ 最適計画判定部
１４００ 計画評価部
１５００ 大日程計画記憶部
１６００ 操業条件記憶部
１７００ グループ化条件記憶部
１８００ 最適計画記憶部
１５１０ 大日程計画
１６１０ 注文情報テーブル
１８１０ 初期計画
１８２０ １８４０ 候補計画

Claims (7)

1. 複数種類の製品を順番に処理する設備のスケジュールを、予め作成された初期スケジュールから作成する生産スケジュール作成装置であって、
   複数個の製品から成る第１のグループを処理単位として、候補スケジュールを作成する作成手段と、
   前記初期スケジュールで処理する製品を第１条件を用いてグループ化して前記第１のグループを生成し、前記作成手段に候補スケジュールを作成させる第１処理と、前記作成手段が候補スケジュールを作成した際に処理単位とした第１のグループを、第２条件を用いて更にグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成手段に候補スケジュールを作成させることを繰り返す第２処理とを行う制御手段と、
   前記初期スケジュール及び前記作成手段が作成した候補スケジュールそれぞれを評価する評価手段と、
   前記評価手段が評価した前記初期スケジュール及び前記候補スケジュールのうち、最も高い評価のスケジュールを最適なスケジュールとして決定する決定手段と
   を備えることを特徴とする生産スケジュール作成装置。
2. 前記制御手段は、所定の終了条件を満たすまで、前記第２処理を行い、
   前記所定の終了条件とは、前記作成手段が作成した候補スケジュールの評価が、それ以前に作成した候補スケジュールの評価及び前記初期スケジュールの評価のうち最も高い評価を上回らない連続回数が所定回数を超えたことであること
   を特徴とする請求項１に記載の生産スケジュール作成装置。
3. 前記制御手段は、前記所定の終了条件を満たした場合には、現在用いている前記第２条件に代えて新しい所定の条件を前記第２条件として用いてグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成手段に候補スケジュールを作成させることを繰り返すこと
   を特徴とする請求項２に記載の生産スケジュール作成装置。
4. 前記製品を処理するためには、前記設備の段取替えが必要であり、
   前記第１及び第２条件は、同一グループに属する製品を連続して処理した場合に前記段取替えを行う必要があるときは、これら製品は同一グループとしないという条件を含むこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の生産スケジュール作成装置。
5. 前記評価手段は、前記初期スケジュール又は前記候補スケジュールに含まれる前記段取替えの回数が少ないほど、前記初期スケジュール又は前記候補スケジュールの評価を高くすること
   を特徴とする請求項４に記載の生産スケジュール作成装置。
6. 前記生産スケジュール作成装置は、更に、前記設備以外の設備を考慮した大日程スケジュールを記憶する記憶手段を備え、
   前記作成手段は、前記大日程スケジュールに基づいた候補スケジュールであって、前記大日程スケジュールにおける前記製品それぞれの処理を行うときから、所定期間以内に処理を行う候補スケジュールを作成すること
   を特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の生産スケジュール作成装置。
7. 複数種類の製品を順番に処理する設備のスケジュールを、予め作成された初期スケジュールから作成する生産スケジュール作成装置で用いられる生産スケジュール作成方法であって、
   複数個の製品から成る第１のグループを処理単位として、候補スケジュールを作成する作成工程と、
   前記初期スケジュールで処理する製品を第１条件を用いてグループ化して前記第１のグループを生成し、前記作成工程で候補スケジュールを作成する第１処理と、前記作成工程で候補スケジュールを作成した際に処理単位とした第１のグループを、第２条件を用いて更にグループ化して第２のグループを生成し、当該第２のグループを前記第１のグループとして、前記作成工程で候補スケジュールを作成することを繰り返す第２処理とを行う制御工程と、
   前記初期スケジュール及び前記作成工程で作成した候補スケジュールそれぞれを評価する評価工程と、
   前記評価工程で評価した前記初期スケジュール及び前記候補スケジュールのうち、最も高い評価のスケジュールを最適なスケジュールとして決定する決定工程と
   を備えることを特徴とする生産スケジュール作成方法。
   

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