ラインの停止時間を考慮した最適化の解説（前編）

概要

製造工場では工具の使用時間が長くなるとドリルの刃先など消耗する部品の交換の発生や故障といったトラブルに起因するチョコ停やドカ停、あるいは段取り替え時間が存在します。生産計画を立てる上で、このような停止時間を見込むことは非常に重要です。assimeeでは段取り替え時間や工具交換の時間、修理時間を設定することが可能です。これにより、ラインAが工具交換をしている間にラインBに作業を割り振る、ラインAが再開したらラインBの工具を交換するなど細かな生産計画をシミュレーションしたり、生産計画を達成するするパラメーターを推定することが可能となっています。

モデル作成

今回は以下のようなモデルを使用します。

2種類の品目を入荷し、入荷時検品の後、1品目は加工、2品目は無加工で組立に供給します。組立ラインは2つあり、それぞれ同じ製造ラインを想定しています。その後、組み立てた半製品を仕上げ加工で製品Ａと製品Ｂに仕上げ、検品と梱包の上で目的地別の出荷を行う構成となっています。

TOP画面から見える化を選択し、プロセス図を作成しパラメーターを設定して行きます。
今回のモデルの特徴としては、下図のように仕上げ加工で不良と判断したパーツを再加工した後に、合格するまで検品を繰り返すという工程をループを使って再現しています。

シミュレーション結果と分析

モデルの作成とパラメーターの設定が終了したらシミュレーションを行います。今回は8時間に相当する480分に設定した上で、修理や段取り替え、工具交換といったパラメーターを設定していない状態でシミュレーションを行います。

修理間隔と修理時間の設定

まず最初に修理時間を設定し、シミュレーションへの影響を見てみます。

「009加工」に対して120分に1回故障し、修理に30分を要する設定を行います。これにより加工済み部品Aの供給が減るので生産が減ることが予想されます。実際にどうなるかをシミュレーションで確認します。この時、故障間隔はシミュレーション時間でなくプロセスの稼働時間になります。つまり、稼働率100%のプロセスであれば120分に1回の故障となりますが、稼働率が50%のプロセスであれば240分に1回の故障、稼働率が0%のプロセスであれば故障しないことになります。

シミュレーションの結果は以下のようになりました。変更前に93個ずつだった製品Aと製品Bの出荷量は変わらず93個でした。

これはなぜでしょうか？故障がきちんと起きているのか、なぜ出荷が減っていないのかを他のプロセスを見て分析してみましょう。

上図は故障を設定した「009加工」の累積加工推移と完成品が一時的に置かれるの「026製品A合格品置き場」と「042製品B合格品置き場」の在庫量を見たものです。確かに120分に1回30分間の停止が起きていることが分かります。一方で在庫置き場の在庫量が生産停止に対して十分にあり、在庫が生産の落ち込みを防止していたことが分かりました。また、今回のテーマとは関係ありませんが、上の図で在庫の量が300分辺りから右肩下がりになることからモデルの後半に処理の停滞が発生していることも分かりました。

工具交換間隔と時間の設定

次に「017仕上げ加工」に対して240分に1回、30分を掛けて工具を交換する設定を行います。これにより製品の供給が減るので生産が減ることが予想されます。実際にどうなるかをシミュレーションで確認してみましょう。この時の工具交換時間も故障間隔と同様にシミュレーション時間でなくプロセスの稼働時間になります。

シミュレーションの結果は以下のようになりました。こちらも変更前に93個ずつだった製品Aと製品Bの出荷量は変わらず93個でした。

こちらも工具交換が起きているのか、なぜ出荷が減っていないのかを分析してみます。

上図は故障を設定した「017仕上げ加工」の累積加工推移と、先ほどと同様に完成品が一時的に置かれる「026製品A合格品置き場」と「042製品B合格品置き場」の在庫量を見たものです。こちらも240分で30分間の停止が起きていることが分かります。一方でこちらの場合も2つの在庫置き場の在庫量が生産停止に対して十分にあり、在庫が出荷の落ち込みを防止していたことが分かりました。

段取り替え時間の設定

次に段取り替え時間を設定してみましょう。

シミュレーションの結果は以下のようになりました。こちらは変更前に93個ずつだった製品Aと製品Bの出荷量が87個まで減っています。

段取り替え時間の設定の結果、製品Aの生産が落ち込んでいること、製品Bが生産されていないことが分かります。これはなぜでしょうか？同様に「017仕上げ加工」の累積加工推移と「016半完成品置き場」の在庫量を確認します。

段取り替え時間を設定したことで、「017仕上げ加工」の生産の立ち上がりが遅れて生産が落ちたことが分かります。段取り替え時間の設定は生産の立ち上がり時にも有効です。そして、前の2つの場合と違って在庫が出来る前に停止しているため、在庫によるリカバーも出来なかったことが分かります。一方で、製品Bが全く生産されていないのですが、これは材料がない訳ではなく、加工プロセスにパターンを2つ設定した場合、同時の加工が行われず、先に設定されているパターン（今回の場合は製品Aの加工）が優先されるためです。これを解消するには分岐を使って品目（製品A、製品Bそれぞれのラインを用意する）ごとの加工とするか、1パターンで2つの品目を加工するようにモデルを改修する必要があります。ただし、どちらの場合でも今回の加工の頻度では単一品目の加工となるため、段取り替えの設定の意味がありません。

まとめ

今回の記事では製造工場を想定した比較的大規模なモデルを作成して段取り替えや工具交換のための停止時間が生産に与える影響をシミュレーションで確認する方法を説明しました。assimeeではこのように故障の間隔と修理時間、工具交換の間隔と交換時間、段取り替え時間を細かく設定することが出来ます。次回は同様のモデルを改修した上で修理時間や工具交換の時間を含んだ最適化の方法とその結果の分析について解説します。