JP7464724B2 - 製造管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、製造管理システムに関する。
従来より、工作機械、数値制御装置、ロボット、ロボット制御装置等の製造装置を備える加工システムを用いてワークの加工及び組み立てを行うための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の加工システムは、稼働率を高めるために、製造装置の加工完了時刻を予測する機能を有している。
特開２０１５－１８２１７３号公報
このような複数の製造装置を有する加工システムは、製造工場内において、製造装置の稼働率や、加工及び組み立てのスループット等を向上させることができるように適切な位置に配置されている。
しかし、既存の製造工場のレイアウトは、製造装置の台数を増やした場合や、製造装置によって加工又は組み立てされるワークを増やした場合に柔軟に対応することが困難であった。そこで、生産状況に応じて柔軟な対応を行うことができるシステムが望まれている。
本開示に係る製造管理システムは、作業空間内に設置される固定装置と、前記作業空間内を移動可能な移動装置と、前記固定装置及び前記移動装置の稼働状態データを少なくとも抽出し、前記稼働状態データに基づいて生産状況を監視するサーバと、を備え、前記サーバは、前記生産状況と予め定められた生産計画との乖離を生産乖離として導出し、前記生産乖離を小さくするように、前記固定装置及び前記移動装置の少なくともいずれかの稼働状態を修正する。
本発明によれば、生産状況に応じて柔軟な対応を行うことができる。
本実施形態に係る製造管理システムの概要を示す図である。 本実施形態に係る製造管理システムの機能構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るサーバの機能構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る製造管理システム１の概要を示す図である。
製造管理システム１は、サーバ１０と、固定装置１１Ａ～１１Ｅと、移動装置１２Ａ，１２Ｂと、を備える。製造管理システム１は、サーバ１０、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂを用いて、材料及び部品を含むワークを加工及び組み立てることによって所定の製品を製造する。
図２は、本実施形態に係る製造管理システム１の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、サーバ１０は、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２ＢとネットワークＮＷを介して通信可能に接続される。サーバ１０は、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂから各種情報を取得する、又は固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂに対して各種制御信号を送信する。
また、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂは、各々がネットワークＮＷを介してサーバ１０と通信可能に接続される。固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂは、例えば、無線通信を介してサーバ１０と通信可能に接続されることが望ましい。
図３は、本実施形態に係るサーバ１０の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、サーバ１０は、制御部１００と、記憶部１１０と、通信部１２０と、を備える。
制御部１００の各種機能は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサが記憶装置に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの機能部のうち一部又は全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
記憶部１１０は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ等の非一過性の記憶媒体を備える記憶装置、又はＲＡＭ等により実現される。記憶部１１０は、製造管理システム１に関する各種情報を記憶する。
通信部１２０は、ネットワークＮＷを介して固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂと通信するための通信インターフェースである。通信部１２０は、主に無線通信によって固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂと通信する。
また、制御部１００は、生産計画算出部１０１と、移動計画算出部１０２と、生産乖離算出部１０３と、稼働状態修正部１０４と、シミュレーション部１０５と、通知部１０６と、を備える。
生産計画算出部１０１は、要求される製品の設計仕様、製造設備や顧客の注文などの情報を分析する。そして、生産計画算出部１０１は、分析結果に基づいて、どのような材料及び部品を使用し、どの装置（例えば、固定装置１１Ａ～１１Ｅ）を何台備え、どのようにレイアウトして、どのような順番で使用することで、単位時間（又は単位期間）あたりに生産される製品の種類、種類毎の生産数量、また製品を生産するのに必要とされるワークの種類、ワークの数量等といった情報を含む生産計画を算出する。生産計画算出部１０１により算出される生産計画は、記憶部１１０に記憶される。
また、移動計画算出部１０２は、算出された生産計画に基づいて、例えば固定装置１１Ａ～１１Ｅ間で搬送されるワーク、部品、又は製品ごとに、どの固定装置からどの固定装置までどの移動装置１２Ａ，１２Ｂにより搬送するのか、例えば、搬送タイミング、単位時間（又は単位期間）あたりに搬送される数量、搬送に係る移動経路（搬送経路）、及び搬送に係る移動時間（搬送時間）等を含む移動計画（搬送計画）情報を算出する。移動計画算出部１０２により算出される移動計画（搬送計画）情報は、記憶部１１０に記憶される。
また、移動計画（搬送計画）情報は、ネットワークＮＷ（例えば無線通信）を介して、サーバ１０から移動装置１２Ａ，１２Ｂ等に通知される。また、サーバ１０は、各固定装置１１Ａ～１１Ｅに対して、ワーク等の搬入タイミング及び加工されたワーク等の搬出タイミングを通知する。そうすることで、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂ間で、最適な搬送計画に基づいて生産を行うことができる。
なお、移動装置１２Ａ，１２Ｂと、当該移動装置の搬送する各ワークと、の間のマッチングを行うために、各ワークの個体を識別する必要がある。このため、例えば、ワークにそれぞれ固有の無線タグを付けることが好ましい。移動装置１２Ａ，１２Ｂは、無線通信により無線タグのＩＤを読込むと共にサーバ１０に通知することでマッチングが可能である。これにより、移動装置１２Ａ，１２Ｂは、各ワークを特定することで、搬送先を特定することができる。
次に、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂについて説明する。生産乖離算出部１０３以降の説明は、後述する。
固定装置１１Ａ～１１Ｅは、製造工場等のような作業空間内に固定された製造装置である。具体的には、固定装置１１Ａ～１１Ｅは、加工、組立て、塗装、洗浄、検査及び梱包のうち少なくともいずれか１つを行うための製造装置であり、例えば、工作機械、数値制御装置、ロボット、ロボット制御装置、射出成形機等を含む。例えば、図１に示すように、固定装置１１Ａ～１１Ｄは、ワークを加工するための工作機械であり、固定装置１１Ｅは、ワークを組み立てるためのロボットであってもよい。
移動装置１２Ａ，１２Ｂは、作業空間内で用いられる物品（例えばワーク）を搬送可能な装置である。具体的には、移動装置１２Ａ，１２Ｂは、無人航空機、搬送装置、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ）等であってもよい。
また、無人航空機は、人が搭乗していない航空機であり、電池等によって駆動されるモータによって飛行する。無人航空機は、例えば、ドローン、ヘリコプタ、マルチコプタ、クアッドコプタ、ティルトウィング航空機等を含む。
移動装置１２Ａ，１２Ｂは、部品及び材料を含むワークを保管するストッカー１３又は固定装置１１Ａ～１１Ｅからワークを搬送するために使用される。例えば、図１に示すように、移動装置１２Ａは、ドローンであり、ワークを吊下げる及び解放するための機構部を有している。また、移動装置１２Ｂは、ＡＧＶであり、ワークを搬送するための搬送機構を有している。
また、移動装置１２Ａ，１２Ｂは、サーバ１０により集中管理するようにしてもよい。具体的には、サーバ１０は、所定の動作プログラムに従って、移動装置１２Ａ，１２Ｂの移動経路、移動速度、高さ位置等を集中管理する。なお、移動装置１２Ａ，１２Ｂの移動速度は、同一の所定速度に設定されるようにしてもよい。
本実施形態において、生産乖離算出部１０３は、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データを少なくとも抽出し、稼働状態データに基づいて生産状況を監視する。
ここで、固定装置１１Ａ～１１Ｅの稼働状態データは、固定装置１１Ａ～１１Ｅの各々の稼働率、加工されるワークの数量が生産計画通りであるか否か、加工される最終製品の数量が生産計画通りであるか否か等を示す情報を含む。
また、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データは、移動装置１２Ａ，１２Ｂの位置、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働率及び移動装置１２Ａ，１２Ｂによるワークの搬送時間等を示す情報を含む。更に、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データは、移動装置１２Ａ，１２Ｂが、どのワークをどの固定装置間で搬送中であるか否か、移動装置１２Ａ，１２Ｂが停止しているか否か、搬送されるワークの数量が生産計画通りであるか否か、ワークを生産計画において予定された場所へ搬送したか否か等を示す情報を含んでもよい。ここで、生産状況は、製造管理システム１によって現在生産されている製品の数量及び進捗状況を示す。
生産乖離算出部１０３は、生産状況と予め定められた生産計画との乖離を生産乖離として導出する。ここで、生産乖離は、生産計画において予め定められた製品の生産数量及び進捗状況と、実際に生産された製品の生産数量及び進捗状況との乖離（差分）を示す。
そして、稼働状態修正部１０４は、導出した生産乖離を小さくするように、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂの少なくともいずれかの稼働状態を修正する。
具体的には、稼働状態修正部１０４は、例えば移動装置１２Ａによって搬送されるワークの供給量が少ないことによって固定装置１１Ａ～１１Ｅにおける生産乖離が生じている場合、移動装置１２Ａによって搬送されるワークの供給量を増加させるように、移動計画（搬送計画）情報を修正することによって生産乖離を小さくするように稼働状態を修正するようにしてもよい。
また、稼働状態修正部１０４は、例えば固定装置１１Ａによって加工又は組み立てられるワークの数量が少ないことによって生産乖離が生じている場合、例えば、固定装置１１Ａを増設すること（レイアウト変更を伴う）によって、生産数量を増加させることで稼働状態を修正するようにしてもよい。固定装置１１Ａ～１１Ｅの増設は、例えば、新たな固定装置を設置することや、未稼働の固定装置を稼働させること等によって行われる。これに合わせて、稼働状態修正部１０４は、移動装置１２Ａによって搬送されるワークの供給量を増加させるように、移動計画情報を修正してもよい。
なお、シミュレーション部１０５は、稼働状態を実際に修正する前に、例えば、移動計画（搬送計画）情報を修正することで、生産乖離が少なくなることを例えばシミュレーションして、確認するようにしてもよい。同様に、シミュレーション部１０５は、固定装置１１Ａを実際に増設する前に、固定装置の増設及びそれに伴うレイアウトの変更及び移動計画（搬送計画）情報の追加等を含めて、シミュレーションすることで、生産乖離が少なくなることを確認するようにしてもよい。
なお、固定装置１１Ａ～１１Ｅの稼働状態を修正するタイミングは、例えば、固定装置１１Ａ～１１Ｅにおいてワークを加工する又は組み立てるためのプログラムを変更するときや、固定装置１１Ａ～１１Ｅにおいて加工する又は組み立てるワークを切り替えるとき等が望ましい。
また、稼働状態修正部１０４は、稼働状態データに基づいて、複数の固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂのうち、稼働率の低い固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂを導出することができる。そして、稼働状態修正部１０４は、導出した稼働率が大きくなるように、稼働率の低い固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態を修正することで、生産乖離を小さくするようにしてもよい。
具体的には、稼働状態修正部１０４は、例えば、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働率を導出した結果、固定装置１１Ａの稼働率が低い場合、固定装置１１Ａの稼働率を上昇させることによって固定装置１１Ａの稼働状態を修正する。
また、通知部１０６は、固定装置１１Ａの稼働率を上昇させるために、例えば、固定装置１１Ａの加工速度を上昇させること、移動装置１２Ａ，１２Ｂによって固定装置１１Ａへ搬送されるワークの数量を増加させること、固定装置１１Ａの不具合（例えば、工具の損傷等）を解消すること等を管理者（又はオペレータ）に通知することができる。そうすることで、管理者（又はオペレータ）は、固定装置１１Ａ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂに対して適切な指令を行うことができる。
前述したように、固定装置１１Ａの稼働率が低い原因が、例えば移動装置１２Ａによって当該固定装置１１Ａに搬送されるワーク又は部品等の数量が生産計画における搬送計画数量に比べて少ないことに起因する場合、稼働状態修正部１０４は、移動装置１２Ａに係る稼働状態を修正するようにしてもよい。
また、固定装置１１Ａは、アイドル時間もなく稼働しているが、生産数量が計画に比べて少ない場合、前述したように、稼働状態修正部１０４は、固定装置１１Ａの生産数量を増加するように、固定装置１１Ａの稼働状態を修正するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、製造管理システム１は、作業空間内に設置される固定装置１１Ａ～１１Ｅと、作業空間内を移動可能な移動装置１２Ａ，１２Ｂと、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データを少なくとも抽出し、稼働状態データに基づいて生産状況を監視するサーバ１０と、を備え、サーバ１０は、生産状況と予め定められた生産計画との乖離を生産乖離として導出し、生産乖離を小さくするように、固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂの少なくともいずれかの稼働状態を修正する。これにより、製造管理システム１は、生産乖離を小さくするように固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態を修正するため、生産状況に応じた柔軟な対応を行い、生産性を向上させることができる。
また、固定装置１１Ａ～１１Ｅは、加工及び組立てのうち少なくともいずれか１つを行うための製造装置であり、移動装置１２Ａ，１２Ｂは、作業空間内で用いられる物品を搬送可能な無人航空機を少なくとも含む。これにより、製造管理システム１は、無人航空機を用いることによって、作業空間の床面のレイアウト構成に影響を受けることなく、自在にワークを搬送することができる。よって、製造管理システム１は、生産状況に応じた柔軟な対応を行い、生産性を向上させることができる。
また、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データは、移動装置１２Ａ，１２Ｂの位置、稼働率及び搬送時間を含む。これにより、製造管理システム１は、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態データに基づいて、移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態を適切に修正することができる。
また、サーバ１０は、稼働状態データに基づいて、複数の固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び移動装置１２Ａ，１２Ｂのうち、稼働率の低い固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂを導出し、生産乖離が小さくなるように、稼働率の低い固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態を修正する。これにより、製造管理システム１は、稼働率の低い固定装置１１Ａ～１１Ｅ及び／又は移動装置１２Ａ，１２Ｂの稼働状態を適切に修正することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の製造管理システム１は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記の製造管理システム１により行なわれる制御方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。
また、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記各実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
１ 製造管理システム
１０ サーバ
１１Ａ～１１Ｅ 固定装置
１２Ａ，１２Ｂ 移動装置
１３ ストッカー
１００ 制御部
１０１ 生産計画算出部
１０２ 移動計画算出部
１０３ 生産乖離算出部
１０４ 稼働状態修正部
１０５ シミュレーション部
１０６ 通知部
１１０ 記憶部
１２０ 通信部

Claims (9)

  1. 作業空間内に設置される固定装置と、
    前記作業空間内を移動可能な移動装置と、
    前記固定装置及び前記移動装置の稼働状態データを少なくとも抽出し、前記稼働状態データに基づいて生産状況を監視するサーバと、を備え、
    前記サーバは、
    前記生産状況と予め定められた生産計画との乖離を生産乖離として導出し、前記生産乖離を小さくするように、前記固定装置及び前記移動装置の少なくともいずれかの稼働状態を修正し、
    前記生産計画に基づいて、移動計画情報を算出し、前記移動計画情報は、搬送タイミング、単位時間又は単位期間あたりに搬送される数量、搬送に係る移動経路、及び搬送に係る移動時間の少なくとも１つを含み、
    前記サーバは、前記固定装置の稼働率を上昇させるために、前記固定装置の加工速度を上昇させること、又は、前記移動装置によって前記固定装置の１つへ搬送されるワークの数量を増加させること、又は、前記固定装置の不具合を解消することを管理者又はオペレータに通知する通知部を更に備える、
    製造管理システム。
  2. 前記移動装置は、前記作業空間内で用いられる物品を搬送可能な無人航空機を少なくとも含む、請求項１に記載の製造管理システム。
  3. 前記移動装置の前記稼働状態データは、前記移動装置の位置、前記移動装置の稼働率及び前記移動装置による物品の搬送時間を含む、請求項１又は２に記載の製造管理システム。
  4. 前記サーバは、前記稼働状態データに基づいて、複数の前記固定装置及び前記移動装置のうち、稼働率の低い前記固定装置及び／又は前記移動装置を導出し、前記生産乖離が小さくなるように、稼働率の低い前記固定装置及び／又は前記移動装置の前記稼働状態を修正する、請求項２又は３に記載の製造管理システム。
  5. 前記サーバは、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量が少ないことによって前記固定装置における前記生産乖離が生じている場合、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正することによって前記生産乖離を小さくするように稼働状態を修正する、請求項１に記載の製造管理システム。
  6. 前記サーバは、
    前記固定装置によって加工又は組み立てられるワークの数量が少ないことによって前記生産乖離が生じている場合、前記固定装置を増設すること及び増設に伴うレイアウト変更によって、生産数量を増加させることで稼働状態を修正し、
    前記固定装置の増設は、新たな固定装置を設置すること、又は未稼働の固定装置を稼働させることによって行われ、
    前記稼働状態の修正と共に、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正する、請求項１に記載の製造管理システム。
  7. 前記サーバは、
    前記移動装置によって搬送されるワークの供給量が少ないことによって前記固定装置における前記生産乖離が生じている場合、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正することによって前記生産乖離を小さくするように稼働状態を修正し、
    前記固定装置によって加工又は組み立てられるワークの数量が少ないことによって前記生産乖離が生じている場合、前記固定装置を増設すること及び増設に伴うレイアウト変更によって、生産数量を増加させることで稼働状態を修正し、
    前記固定装置の増設は、新たな固定装置を設置すること、又は未稼働の固定装置を稼働させることによって行われ、
    前記稼働状態の修正と共に、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正する、請求項１に記載の製造管理システム。
  8. 前記サーバは、
    前記移動装置によって搬送されるワークの供給量が少ないことによって前記固定装置における前記生産乖離が生じている場合、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正することによって前記生産乖離を小さくするように稼働状態を修正し、
    前記固定装置によって加工又は組み立てられるワークの数量が少ないことによって前記生産乖離が生じている場合、前記固定装置を増設すること及び増設に伴うレイアウト変更によって、生産数量を増加させることで稼働状態を修正し、
    前記固定装置の増設は、新たな固定装置を設置すること、又は未稼働の固定装置を稼働させることによって行われ、
    前記稼働状態の修正と共に、前記移動装置によって搬送されるワークの供給量を増加させるように、前記移動計画情報を修正し、
    前記固定装置を実際に増設する前に、前記固定装置の増設及び前記固定装置の増設に伴うレイアウトの変更及び前記移動計画情報の追加をシミュレーションするシミュレーション部を更に備える、請求項１に記載の製造管理システム。
  9. 前記固定装置の稼働状態を修正するタイミングは、前記固定装置においてワークを加工する又は組み立てるためのプログラムを変更するとき、若しくは前記固定装置において加工する又は組み立てるワークを切り替えるときである、請求項１に記載の製造管理システム。
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