本发明例如涉及一种生产计划装置。
背景技术：
为了使生产设备高效地运转，寻求恰当地制定生产计划，该生产计划决定用于生产物品的生产工序中包含的执行各个作业的各个工序所需要的时间以及生产设备所具有的各种设备的种类以及数量等。因此提出以下一种技术(例如，参照日本特开2017-162044号公报)，计算与制造相关的各个工序的标准时间与实际的作业时间的背离度，分析计算出的背离度对于与制造相关的指标即多个制造kpi的变动造成的影响度，并根据各个工序的标准时间与实际的作业时间的分布来计算同时将多个制造kpi最优化的主数据的设定值的推荐值。
为了执行各个工序的作业，要求在该工序开始之前，在执行该工序的作业的场所不仅存在成为该工序的作业对象的工件，还存在工件的加工所使用的部件、材料或工具等。另外，根据情况，要求在各工序结束之前，用于将工件从执行该工序的作业的场所输送到执行下一个工序的作业的场所的输送用装置位于该工序的作业场所。因此，为了高效地执行各个工序的作业，还要求充分考虑准备工序，该准备工序用于进行执行该工序的作业的准备。在准备工序中，例如进行作业对象的工件、工件以外的部件、材料或工具等物品的输送。但是，在上述技术中，没有充分考虑准备工序，即使按照基于上述技术而制定的生产计划使生产设备进行工作，也有可能在某个工序的作业开始时或作业结束时，在该工序的作业场所不存在所需的物品，该工序的作业产生延迟。
技术实现要素：
一方面，本发明的目的在于，提供一种能够使生产工序中包含的各工序的准备工序被分配的资源最优化的生产计划装置。
根据一实施方式，提供一种生产计划装置。该生产计划装置具备：存储部13，其对于生产预定物品的生产工序中包含的多个工序中的各个工序，存储准备工序所能够使用的准备工序用资源的数量，上述准备工序进行用于执行该工序的作业的准备；以及资源分配部21，其根据上述准备工序用资源的数量，以使上述多个工序中的各个工序的上述准备工序所需要的所需时间的总和最小化的方式来决定上述准备工序用资源中的分配给上述多个工序中的各个工序的准备工序的资源。
基于一个方面，能够使生产工序中包含的各工序的准备工序被分配的资源最优化。
附图说明
图1表示成为生产日程的制定对象的生产设备的一例。
图2是包含各工序的准备工序的生产日程的概要的说明图。
图3是生产计划装置的概要结构图。
图4是生产计划装置的处理器的功能框图。
图5是生产计划处理的动作流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明生产计划装置。该生产计划装置根据各个工序各自的准备工序所能够利用的资源的数量以及各个工序的作业场所之间的工件等的输送所需要的时间等，以使各工序的准备工序的所需时间的总和最小化的方式对各个工序的准备工序分配资源，由此减少在各个工序无法执行作业的等待时间，由此谋求生产日程的最优化。
图1表示成为生产日程的制定对象的生产设备的一例。图1所示的生产设备100是所谓的作业车间(job-shop)类型的生产设备，对于具有同种功能的每个工序进行分组，并且按照每个组进行配置。在该例子中，分别在区域a～区域d中执行4种工序。即，各区域是生产工序中包含的任意一个工序的作业场所的一例。在区域a中，执行通过作业人员的手工作业将部件组装到工件主体上的手动组装工序。在区域b中，执行通过机器人自动地将部件组装到工件主体上的自动组装工序。在区域c中，执行通过焊接用机器人或作业人员进行工件主体的焊接作业的焊接工序。并且，在区域d中，执行由作业人员使用检查用设备来检查工件主体等的检查工序。另外，将各个部件或工件主体放置在托盘101上进行输送。并且，使用多个无人输送车(automatedguidedvehicle：agv)102来作为各区域间的工件主体或部件的输送用资源。agv102是准备工序用资源的一例。
在该例子的生产工序中，使用生产设备100通过3个部件a、b、c来生产完成品d。具体地说，首先将成为工件主体的部件a经由主体投入口投入到区域a，将部件b和部件c经由部件投入口投入到区域a。在将各个部件放置在托盘101的状态下投入各个部件。并且，通过手动组装工序将部件b组装在部件a。之后，放置部件b的托盘101经由托盘返还口被返还。另外，工件主体(在部件a组装了部件b的工件主体)在被放置在托盘101的状态下，通过agv102从区域a被输送到区域d。然后，当通过第一次的检查工序确认工件主体为正常时，再次在被放置在托盘101的状态下通过agv102从区域d被输送到区域b。另外，当通过第一次的检查工序检测出工件主体有任何的异常(例如，组装不良或者部件a、b的任何不良)时，工件主体在被放置在托盘101的状态下，通过agv102或作业人员从区域d返回到区域a。
另外，部件c也在被放置在托盘101的状态下通过agv102从区域a被输送到区域b。并且，在区域b中，通过自动组装工序，将部件c组装在经过了第一次检查工序的工件主体。由于组装部件c而变空的托盘101(即，部件c的运送所使用的托盘)通过agv102被输送到存在于区域a的托盘返还口，然后，变空的托盘101经由托盘返还口被返还。
工件主体(向部件a组装了部件b以及部件c的工件主体)在被放置在托盘101的状态下，通过agv102从区域b被输送到区域c。并且，在区域c中，通过焊接工序将工件主体中包含的各部件a、b、c相互焊接。然后，焊接后的工件主体在被放置在托盘101的状态下，通过agv102从区域c被输送到区域d。然后，当通过第二次检查工序确认工件主体为正常时，在被放置在托盘101的状态下经由完成品排出口被运出。
图2是包含各个工序的准备工序的生产日程的概要说明图。在图2中，作为一例图示了第一检查工序的日程201以及自动组装工序的日程202。如图2所示，作为用于执行第一检查工序的准备工序，通过agv102将工件主体(部件a 部件b)从区域a输送到区域d。该输送包含工件主体在区域a从作业场所向agv102的转乘、agv102从区域a向区域d的移动以及在区域d从agv102向作业场所的转乘。并且，当在区域d的检查结束时，作为用于执行自动组装工序的准备工序，通过agv102进行工件主体从区域d向区域b的输送，并且通过另外的agv102进行部件c从区域a向区域b的输送。此时，优选进行调度，使得部件c在工件主体到达区域b之前到达区域b。另外，在自动组装工序中，在该自动组装之后还执行通过另外的agv102将空托盘从区域b输送到区域a的后工序。另外，后工序也是准备工序的一例。
如此，在生产设备100中，使用agv102来输送工件主体或各部件。因此，为了能够高效地执行生产工序中包含的各工序的作业，本实施方式的生产计划装置考虑能够使用的agv102的台数以及各区域之间的工件主体或部件等的输送所需要的时间，针对每个工序使该工序的准备工序的所需时间(在该例子中，在紧前的工序的作业结束后直到能够开始该工序的作业为止的准备所需要的时间，例如从执行紧前的工序的区域到执行该工序的区域的工件主体等的输送所需要的时间)以及分配给该工序的准备工序的agv102的台数最优化。
图3是生产计划装置的概要结构图。生产计划装置1具有用户接口11、通信接口12、存储器13以及处理器14。
用户接口11是通知部的一例，例如相互独立地具备操作信号输入用的键盘或鼠标等输入设备、液晶显示器等显示装置。或者，用户接口11也可以具有触摸面板等使输入设备与显示装置一体化的设备。并且，用户接口11也可以具有扬声器。并且，用户接口11生成与用户的操作对应的操作信号，例如表示生产计划处理中使用的各种信息(例如，除去各工序的准备工序的作业(以下称为主作业)所需要的所需时间的标准值(以下称为标准作业时间)、各工序的准备工序所能够利用的资源的种类以及数量等)的信号，并将该操作信号输出给处理器14。另外，用户接口11按照从处理器14接受的显示用信号来显示所制定的生产日程等。
通信接口12是通信部的一例，例如包含用于将生产计划装置1与生产设备100所具有的各种机器人、机床或agv等资源的控制装置(例如，可编程逻辑控制器)进行连接的通信接口等。而且，通信接口12例如将从处理器14接受的针对各个资源的用于命令动作开始的指令等控制信号经由通信线路输出给该资源的控制装置。另外，通信接口12将从各控制装置接收到的表示各种资源的状态或工序的状态(例如，各区域的agv的出发到达、工序的结束等)的信号传递给处理器14。
存储器13是存储部的一例，例如，具有可读写的半导体存储器和读出专用的半导体存储器。并且，存储器13可以具有半导体存储器卡、硬盘或光存储介质等存储介质以及访问该存储介质的装置。
存储器13存储在生产计划装置1的处理器14执行的生产计划处理中使用的各种信息，例如各个工序以及各个工序的准备工序能够使用的资源的种类以及数量、表示各个区域的配置以及区域间的移动路径等的地图信息、各个区域间即连续的2个工序各自的作业场所间的工件主体或部件等的输送所需要的时间、各个工序的标准作业时间以及通过各个工序同时作业的工件主体的数量等。另外，也可以存储区域间的移动路径以及agv等输送用资源的平均移动速度来作为表示工件主体等的输送所需要的时间的信息。另外，存储器13也可以对于各个工序的作业存储实际的所需时间的测量值等。并且，存储器13可以存储生产计划处理用计算机程序。并且，存储器13还可以存储所制定的生产日程(包含各个工序以及准备工序的所需时间、各个工序的标准作业时间以及各个工序的准备工序的标准所需时间、与分配给各工序或其准备工序的资源相关的信息)。
处理器14是控制部的一例，例如具有centralprocessingunit(cpu)及其周围电路。并且，处理器14还可以具有逻辑运算用处理器以及数值运算用处理器。并且，处理器14控制成为生产日程的制定对象的整个生产设备。另外，处理器14执行生产计划处理来制定生产日程。
图4是与生产计划处理关联的处理器14的功能框图。处理器14具有资源分配部21、日程决定部22、设备控制部23。处理器14所具有的这些各部例如是通过在处理器14上执行的计算机程序来实现的功能模块。或者，也可以作为在处理器14的一部分中安装的专用运算电路而安装这些各部。
资源分配部21以使生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的总和最小化的方式来决定针对各个工序的准备工序的资源分配。为此，资源分配部21例如一边使针对生产工序中包含的各工序的准备工序的资源分配的组合进行各种变化，一边计算以预定次数执行了整个生产工序时的每个生产工序的各工序的准备工序的所需时间的推定値的总和，并计算该所需时间的推定値的总和的平均值。关于预定次数，例如能够设为预定次数的生产工序结束后的资源配置直至返回到与开始了第一次的生产工序时的资源配置(以下称为初始配置)相同的配置为止的次数。另外，预定次数可以针对资源分配的每个组合而不同。这样，通过将以预定次数重复了生产工序时的各工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值用于资源的分配，即使在每次开始各个生产工序时资源(图1的例子中为agv102)的位置不同，资源分配部21也能够正确地推定各个工序的准备工序的所需时间，所以能够对各工序的准备工序适当地分配资源。
例如，资源分配部21可以针对能够进行资源分配的所有组合，对预定次数的生产工序分别计算各工序的准备工序的所需时间的推定値。或者，资源分配部21按照被称为模拟退火或遗传算法的预定最优化方法，对于预定次数的生产工序分别计算各工序的准备工序的所需时间的推定値。此时，资源分配部21例如考虑预先存储在存储器13中的各工序的标准作业时间、通过各个工序同时作业的工件主体的数量、各区域间的工件主体或部件的输送所需要的时间(以下简单称为输送时间)、一次可输送的工件主体、部件或托盘的数量以及部件等的供给间隔，计算各工序的准备工序的所需时间的推定値即可。另外，输送时间不仅包含各个区域间的移动所需要的时间，还包含输送准备所需要的时间(例如，工件主体在agv与作业场所之间的转乘所需要的时间)。
例如，在图1所示的生产设备100中，多个agv102成为在各个工序的准备工序中使用的资源。如上所述，各个agv102用于区间a和区间d之间的工件主体的输送、区间d和区间b之间的工件主体的输送、区间a和区间b之间的部件c或托盘101的输送、区间b和区间c之间的工件主体的输送以及区间c和区间d之间的工件主体的输送。
因此，资源分配部21一边使向各个区间之间的工件主体等的输送分配的agv102的组合进行各种改变，一边针对预定次数的生产工序分别计算各工序的准备工序的所需时间。此时，资源分配部21例如可以将多个agv102中的某个agv102分配给特定的区域之间的工件主体、部件或托盘101的输送。或者，可以将多个agv102中的其他的某个agv102以沿着工件主体的移动顺序，按顺序在多个区间之间移动来输送工件主体的方式进行分配。并且，作为初始配置，资源分配部21将各个agv102配置在分配了该agv的输送路径上的某个位置来开始计算各个工序的准备工序的所需时间的推定値即可。
在各个工序的准备工序的所需时间的推定値的计算中，资源分配部21假设例如在每次经过最初工序的标准作业时间或者每次经过与执行最初工序的区域相对的部件供给间隔时，开始新的生产工序。并且，资源分配部21对于各个工序假设在该工序的主作业结束时，如果在执行该工序的作业的区域中存在某个的agv102则立即进行输送，计算对应的区间之间的输送时间来作为其紧后的工序的准备工序的所需时间的推定値，并且假设该agv102向输送目的地的区域移动。另一方面，在该工序的主作业结束时，如果在执行该工序的作业的区域中一个agv102都不存在，则资源分配部21将从主作业结束开始直到某个agv102返回到该区域为止的待机时间与对应的区域之间的输送时间相加后的值设为其紧后的工序的准备工序的所需时间的推定値。因此，应该输送的工件主体无法输送而进行待机的时间越长，则各个工序的准备工序的所需时间的推定値变得越长。另外，关于主作业需要工件主体以外的部件的工序，将工件主体到达执行该工序的作业的区域后直到主作业所需的所有部件到达该区域为止的待机时间与所需时间的推定値进行相加即可。并且，资源分配部21对于在特定区域之间的输送中使用的agv102，假设在将工件主体或部件从执行之前的工序的作业的区域输送到执行之后的工序的区域后，自动返回到执行之前的工序的作业的区域。此时，资源分配部21可以假设将空的托盘101也输送到执行之前的工序的作业的区域。另外，资源分配部21对于沿着工件主体的移动顺序在多个区域间进行移动的agv102，假设当把工件主体输送到某个区域时，在该区域进行待机直到该区域的工序的作业结束为止。并且，在agv102能够同时输送多个工件主体或部件时，资源分配部21假设当agv102能够输送的数量的工件主体或部件凑齐时，开始输送。
资源分配部21将生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值为最小时的针对各工序的准备工序的资源分配设为适用于该生产工序的资源分配。资源分配部21将生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值为最小时的预定次数的生产工序各自的各工序的准备工序的所需时间的推定値以及分配给各个工序的准备工序的资源通知给日程决定部22。
日程决定部22对于各个工序，将准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值为最小时的预定次数的生产工序中的该工序的准备工序的所需时间的推定值的平均值与预定的余量相加后的值、或者所需时间的推定値的最大值设定为该工序的准备工序的标准所需时间。由此，对于各个工序适当地设定该工序的准备工序的标准所需时间。
并且，日程决定部22对于生产工序中包含的各个工序，将生产日程制定为在经过了准备工序的标准所需时间后，以该工序的标准作业时间执行该工序的主作业。另外，生产日程中还包含用于表示分配给各工序的准备工序的资源的信息。并且，日程决定部22将制定的生产日程存储在存储器13中。另外，日程决定部22也可以在用户接口11显示所制定的生产日程。
设备控制部23在使生产设备实际动作时，经由通信接口12将控制信号输出给各设备，使得生产设备所具有的各个设备按照制定的生产日程进行动作。例如，设备控制部23对于生产工序的各个工序，在该工序的准备工序的开始时间点，向已分配给该准备工序的agv这样的资源的控制装置输出将工件主体等从执行紧前的工序的作业的区域输送到执行该工序的作业的区域的指令。另外，设备控制部23如果从该资源的控制装置接收到输送结束，则向该资源的控制装置输出返回到执行紧前的工序的作业的区域的指令。并且，设备控制部23对于生产工序的各个工序，在开始该工序的主作业的时间点，向在该工序的主作业中使用的机器人或机床的控制装置输出执行该主作业的指令。
另外，在其他设备按照所制定的生产日程来控制各个设备的控制装置时，或者在管理人员进行管理使得各个设备按照所制定的生产日程进行动作时，可以省略设备控制部23。
图5是生产计划处理的动作流程图。处理器14按照下述的动作流程图来执行生产计划处理。
处理器14的资源分配部21一边参照在存储器13中存储的资源的数量等使与生产工序中包含的各个工序的准备工序相对的资源分配的组合进行各种变化，一边计算整个生产工序执行了预定次数时的每个生产工序的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和，并计算该所需时间的推定値的总和的平均值(步骤s101)。然后，资源分配部21将生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值为最小时的针对各工序的准备工序的资源分配作为适用于该生产工序的资源分配(步骤s102)。
并且，处理器14的日程决定部22对于各个工序，将准备工序的所需时间的推定値的总和的平均值为最小时的预定次数的生产工序中的该工序的准备工序的所需时间的推定值的平均值与预定的余量相加后的值、或者所需时间的推定値的最大值设定为该工序的准备工序的标准所需时间(步骤s103)。并且，日程决定部22对于生产工序中包含的各个工序，将生产日程制定为在经过了准备工序的标准所需时间后，按照该工序的标准作业时间执行该工序的主作业(步骤s104)。然后，处理器14结束生产计划处理。
如以上说明的那样，该生产计划装置根据生产工序中包含的各个工序的准备工序所能够利用的资源的数量等，以使各个工序的准备工序的所需时间的总和最小化的方式来设定各工序的准备工序的所需时间，并且决定向各个工序的准备工序分配的资源。因此，该生产计划装置能够将分配给各个工序的准备工序的资源最优化，并且能够减少各个工序中无法执行作业的待机时间，所以能够使生产日程最优化。特别是该生产计划装置在使用作业车间类型的生产设备时，考虑工件主体等在区域之间的输送时间来决定各个工序的准备工序所使用的资源的分配，所以能够使分配给各个工序的准备工序的资源最优化，并且能够使利用该生产设备的生产工序的生产日程最优化。
根据变形例，多种准备工序用资源可以用于各个工序的准备工序。例如，不仅通过上述的agv进行区域之间的工件主体等的输送，还可以由作业人员进行输送。即，作业人员成为准备工序用资源的另一例。此时，按照准备工序用资源的每个种类，并且按照输送源的区域和输送目的地的区域的每个组合，预先设定区域之间的输送时间，并存储在存储器13中。并且，资源分配部21与上述实施方式同样地，在计算每个生产工序的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和时，将与使用的准备工序用资源的种类对应的输送时间用于计算各个工序的准备工序的所需时间的推定値即可。
根据另一变形例，处理器14可以针对生产工序中包含的各个工序的准备工序所使用的资源数量以及种类的多个组合中的各个组合，按照上述实施方式或变形例来制定生产日程，并存储在存储器13中。由此，例如在各个工序的准备工序所使用的一部分资源发生了故障时，例如用于在区域之间输送工件主体等的多个agv中的某一个发生了故障时，或者多个作业人员中的某个作业人员因病缺席时，处理器14也能够使用与该状况对应的最优的生产日程。
另外，准备工序用资源中也可以包含输送用资源以外的资源。例如，在准备工序用资源中可以包含在作业场所与agv之间转乘工件主体或部件的机器人或作业人员。此时，可以在存储器13中存储agv在区域之间移动的时间以及机器人或作业人员在作业场所与agv之间转乘工件主体等所需要的时间来代替上述的输送时间。并且，资源分配部21一边使与执行各个工序的作业的区域相对的机器人或作业人员的配置的组合发生改变，一边如上所述计算各个工序的准备工序的所需时间的推定値即可。
另外，根据另一变形例，资源分配部21可以使设置工序分组的区域的配置最优化。此时，例如按照工序的每个分组来预先设定能够设置该分组的区域的候补，并存储在存储器13中。并且，资源分配部21一边使设置工序分组的区域的候补的组合发生改变，一边与上述实施方式或变形例同样地求出生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的最小值即可。并且，资源分配部21按照与该最小值对应时的区域的候补的组合来决定设置各个工序的分组的区域即可。
例如，在图1所示的生产设备100中，可以设定区域b和区域c来作为设置自动组装工序的区域的候补。同样地，可以设定区域b和区域c来作为设置焊接工序的区域的候补。另外，设置手动组装工序的区域可以被固定为存在部件投入口的区域a。同样地，设置检查工序的区域可以被固定为设有完成品排出口的区域d。此时，资源分配部21计算在将自动组装工序设置在区域b，将焊接工序设置在区域c时的资源分配的每个组合的生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和中的最小值。同样地，资源分配部21计算在将自动组装工序设置在区域c，将焊接工序设置在区域b时的资源分配的每个组合的生产工序中包含的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和中的最小值。并且，例如，如果在区域c设置自动组装工序且在区域b设置焊接工序时的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的最小值小于在区域b设置自动组装工序且在区域c设置焊接工序时的各个工序的准备工序的所需时间的推定値的总和的最小值，则资源分配部21决定将自动组装工序配置在区域c，将焊接工序配置在区域b。
根据该变形例，资源分配部21能够在作业车间类型的生产设备中，使设置各个工序的分组的区域的地理配置最优化，从而缩短各个工序的准备工序的所需时间的总和。
这里所列举的所有例子以及特定用语旨在具有示教的目的，以帮助读者理解本发明人为了促进本发明以及该技术而贡献的概念，涉及表示本发明的优缺点，应该解释为不限于说明书中例示的结构、这样的特定的举例以及条件。详细说明了本发明的实施方式，但是希望理解能够不脱离本发明的精神以及范围地追加各种变更、置换以及修正。
1.一种生产计划装置，其特征在于，具备：
存储部，其对于生产预定物品的生产工序中包含的多个工序中的各个工序，存储准备工序所能够使用的准备工序用资源的数量，上述准备工序进行用于执行该工序的作业的准备；以及
资源分配部，其根据上述准备工序用资源的数量，以使上述多个工序中的各个工序的上述准备工序所需要的所需时间的总和最小化的方式来决定上述准备工序用资源中的分配给上述多个工序中的各个工序的上述准备工序的资源。
2.根据权利要求1所述的生产计划装置，其特征在于，
上述准备工序用资源包含至少一种输送用资源，该至少一种输送用资源用于在执行上述多个工序中的连续的两个工序各自的作业的场所之间输送作业对象物，
上述存储部对于上述至少一种输送用资源中的各个输送用资源，还存储如下信息：该信息表示通过该输送用资源在分别执行上述多个工序中的连续的两个工序的场所之间输送作业对象物所需要的输送时间，
上述资源分配部对于上述多个工序中的各个工序，参照上述至少一种输送用资源中的某个输送用资源的上述输送时间来计算在该工序的上述准备工序中使用该输送用资源时的上述所需时间。
3.根据权利要求1或2所述的生产计划装置，其特征在于，
上述存储部还存储执行上述多个工序中的第一工序的作业的场所的多个候补，
上述资源分配部对于上述多个候补中的各个候补，计算通过该候补执行上述第一工序的作业时的上述所需时间的总和，并将上述多个候补中的上述所需时间的总和为最小的候补决定为执行上述第一工序的作业的场所。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的生产计划装置，其特征在于，
上述存储部对于上述多个工序中的各个工序还存储该工序的作业所需要的标准作业时间，
上述生产计划装置还具备日程决定部，该日程决定部根据使上述所需时间的总和最小化时的上述多个工序中的各个工序的上述准备工序所需要的上述所需时间以及上述多个工序中的各个工序的上述标准作业时间，决定用于通过上述生产工序生产上述预定物品的生产日程。
5.根据权利要求4所述的生产计划装置，其特征在于，
上述生产计划装置还具备：
通信部，其能够与按照上述生产工序制造上述预定物品的生产设备的控制装置进行通信；以及
设备控制部，其按照上述生产日程，对于上述多个工序中的各个工序，将用于执行该工序的上述准备工序的控制信号经由上述通信部输出给上述控制装置。
技术总结