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かおりおなか
4 years ago
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1 段取替えが少なく公平性に優れた多品種生産方式の開発 Pseudo Periodical Priority Dispatch, P3D 擬周期的割付法会津大学コンピュータ理工学部教授齋藤和之 1

2 研究背景多品種の半導体製品を生産するシステム ASIC 生産システムのために開発しました半導体生産は設備投資が巨額になります段取替えの頻度を少なくし設備利用率を高め低コスト生産を目指しています開発した方式は制約の理論 (TOC, Theory of Constraints) の考え方を活用しています 2

3 生産管理研究の経緯多品種の製品の生産計画週単位あるいは月単位の生産リソース設備 / 要員の最適化設備 / 要員の稼働率の向上応答時間 ( 処理時間 ) の短縮品種間で公平な流れの制御 FCFS SPT と比較実時間での工場内での製品の流れの制御段取替え頻度の少ない割付法の開発擬周期的割付法 (P3D : Pseudo Periodical Priority Dispatch) 3

4 リソース最適化の研究成果 Accuracy 120% 110% 100% 90% DB AGCR WB MOLD MR TF 80% Month リソース計画は実用化にたる十分な精度を持つ計画の立案時間は極めて速い ( 計算は 1 分以内 ) ( 但し各社ラインで段取替えによる稼働率の低下を考慮したパラメータの最適化が必要 ) 新しい課題 : 段取替え頻度の最少化 4

5 従来技術の問題点広く利用されている割り付け法には先入先出法 (FCFSまたはFIFOと呼ばれる) があるが割付順序に各製品の納期生産量の考慮がない段取替え頻度が高くなり装置の稼働率が低い等の問題がある割り付け法の見直しが必要 5

6 新しい割り付け法の提案擬周期的割付法 P3D: Pseudo Periodical Priority Dispatch 従来の割り付け : 先入先出法 (FCFS) では装置で処理が終わると直ちに処理工程に到着した順序で次の製品を割り付ける P3D 法による割り付け : 到着した製品は一旦バッファで待機する装置は一定期間同一品種を処理するほぼ周期的に割り付ける品種を見直すそのとき許容処理時間 ( 納期 ) 到着頻度段取替えを考慮する 6

7 P3D 法と従来技術との比較 P3D 法は制約の理論 TOCの考え方を具現化段取替え頻度はFCFSと比べ1/2から1/3に減少し装置稼働率が向上ボトルネック工程でのスループットが向上 FCFSより平均処理時間が短縮製品間の処理時間のばらつきも縮小納期予測の精度が向上処理の公平性はFCFS 並であり特定の製品の酷い遅延は発生しないホットロット ( 特急品 ) へも容易に対応可能 7

8 P3D 法は制約の理論 (TOC) に対応先頭の兵隊一番遅い兵隊最後の兵隊 ( 入口工程 ) ( 制約工程 ) ( 出荷 ) 一番遅い兵隊のペースで歩かせる彼のペースで歩かせ続ける自分の都合でも前後の都合でも決して立ち止まらない予防保全の重要性 Cf: 小林英三氏の著書より 8

9 自律分散制御を実現 In Line Controller: 工場ライン全体の処理の進捗を把握し納期に合わせて各工程の許容処理時間 ( 許容待ち時間と処理時間の和 ) を調整通知 In Process Controller: 各工程で許容処理時間到着頻度段取替えを考慮して製品 (WIP) の割り付けディスパッチを制御 9

10 P3D 法のアルゴリズム一定期間 (Quantum) Tc 中は装置は同一製品を処理周期的に装置に割り付ける優先度を決める優先度はバッファの仕掛り量到着率で判断 10

11 割り付け優先度をどう決めるか?(1) バッファの平均仕掛り量は到着率と平均待ち時間の積である ( リトル, Little の法則 ) バッファの仕掛り量と到着率を監視することにより平均待ち時間すなわち平均処理時間を制御できる ( 仕掛り量の監視はTOCにおけるロープに相当 ) 11

12 割り付け優先度をどう決めるか?(2) 優先度の評価 P i = N i ( t ) V i M i Pi : 製品 i の優先度指数 ( 大きいほど高い ) Ni (t): 製品 i の時刻 t での仕掛り量 Mi : 製品 i の許容仕掛り量 ( 許容待ち時間に基づいて定める ) Vi : 製品 i の仕掛りの減少速度 ( 到着率に依存 ) 優先度は周期的に見直される ( 周期的見直しはTOCでペースを守ることに相当 ) 12

13 納期と許容待ち時間各工程の許容待ち時間はスラック時間 Slack Time を残りの処理工程数で除算して定めるスラック時間 = 納期ー現在の時間ー残りの工程の実処理時間の総和自律分散制御であり各工程への許容待ち時間の通知は各工程での制御と無関係に実行可能 13

14 P3D 法ではなぜ段取り替え頻度が少なくなるか? (1) 例 :3 台の装置で 5 品種を処理する装置 M1 M2 M 前の期間 (Quantum) での割り付け A B C 優先度の評価結果 B D E 今度の期間 (Quantum) での割り付け D B E 各装置の段取り替え必要不要必要 14

15 P3D 法ではなぜ段取り替え頻度が少なくなるか? (2) 説明同一の製品を処理し続ける一定の期間 Quantum を定める 3 台の装置 M1, M2, M3 で A, B, C の 3 品種の製品が処理されている Buffer には他の品種もある想定した Quantum 内で A が最初に終了し装置 M1 は待機状態になるこの時点で Priority を評価する注 :M2, M3 の装置はまだ処理を終了していない Priority は B>D>E と評価されたとする次の Quantum で B の Priority は第 1 順位であるが M1 に割り付けないで B の処理終了を待って M2 に割り付ける D, E を処理して来た装置はないので D を M1 に E を M3 に割り付ける D は Buffer で待機していたので M1 の段取替えを終了を待って割り付ける E も同様 Quantum 毎に Priority を評価することにより段取回数を減らす割り付けが可能 15

16 P3D 法と従来法の比較 P3D 法では従来法と比べ段取替え頻度が 1/2 以下になり同時に処理時間も短縮 ( 下図 ) 従来法 (FCFS) の処理時間の分布新しい方法 (P3D) の処理時間の分布 16

17 想定される用途 LSIに限らず多品種生産ラインに適用可能段取り替え得が少なく装置稼働率が向上その結果 (1) 低コストで (2) スループットの高い生産を実現 In Line ControllerとIn Process Controllerによる自律分散制御によりロバスト性の高い制御システムを実現納期管理も容易多様なライン運用に対応可能 17

18 実用化に向けたステップ P3Dアルゴリズムは検証済みであり In Process ControllerおよびIn Line Controllerの制御ソフトは容易に開発可能である完全自動化の前に制御システムを作業支援として活用する半自動化段階を第一ステップとする自動倉庫 (Buffer) 割付装置(Dispatcher) は未開発だが製造ラインの特徴に合わせ開発し全自動化を実現する 18

19 企業への期待本方式は制約の理論 (Theory Of Constraints, TOC) を具現化したものであるこの方式は多品種を生産するあらゆるシステムに適用できるともにシステム開発する企業を求めている国内外の企業が興味を示してはいるが実用化には至っていない原因は各社のラインの運用思想を大きく変えるためであろうと想像している工場導入に大きな投資は必要ないまずライン一つからあるいはラインの一部から有効性を確認してみることができる 19

20 本技術に関する知的財産権発明の名称 : 多品種生産システム及びその設計運用方法その設計運用プログラム及びそのプログラムを記録した記憶媒体出願番号 : 特願特開出願人 : 科学技術振興事業団発明者 : 齋藤和之有馬澄佳 ( 現筑波大学 ) 関連特許発明の名称 : 処理システム設備量算出方法納期算出方法設備量算出用プログラム納期算出用プログラムおよびそのプログラムを記録した記憶媒体出願番号 : 特願出願人 : 公立大学法人会津大学発明者 : 齋藤和之 20

21 お問い合わせ先科学技術振興機構 (JST) 技術移転促進部知的財産活用推進課渡邊賢一 TEL : FAX : watanabe@jst.go.jp 21

生産ライン・設備機器メーカー双方の課題をIoTで解決！

生産ライン・設備機器メーカー双方の課題をIoTで解決！第 28 回設計製造ソリューション展生産ライン設備機器メーカー双方の課題を IoT で解決! 2017/6/21-23 株式会社日立ソリューションズ社会イノベーションシステム事業部社会イノベーション基盤開発本部第 1 部 1. IoT とは / 製造業における IoT の活用 1 1-1.IoT とは? モノのデータ ( の収集 ) 新たな価値を生む価値設備の遠隔監視故障予兆検知生産ラインの稼働率向上