制造系统设计辅助装置

摘要

制造系统设计辅助装置的特征在于，具有：制造要件设定部(111)，其对在制造系统中制造产品时的制造要件进行设定；制造系统设计方案生成部)(21)，其生成满足制造要件的制造系统设计方案；评价指标设定部(112)，其对制造系统设计方案的评价指标进行设定；制造系统设计方案评价部(22)，其基于评价指标而对制造系统设计方案的评价结果进行计算；以及评价结果显示部(121)，其显示评价结果，因而能够生成满足制造要件的制造系统设计方案，将设计方案的评价结果对比地进行显示。

说明书

技术领域

本发明涉及生成进行产品的制造的制造系统的设计方案，揭示所评价出的结果的制造系统设计辅助装置。

背景技术

在以往的技术中，例如，如专利文献1那样提供了一种工序设计装置，其为了生成将工序编制与工序布局关联起来的适当的工序设计方案，针对生产相似的多个产品的生产工序，基于作业要素信息、设备信息、作业者信息等和工序布局评价值，通过工序编制生成单元和工序布局生成单元而反复对工序设计进行更新。

专利文献1：日本特开2004-355147号公报

发明内容

在这样的制造系统设计辅助装置中，能够生成满足预先设定的制造执行时的评价目标值的1组工序编制和工序布局。然而，无法揭示出从包含制造系统的创立和执行在内的TCO(Total Cost of Ownership)的观点出发的多个合适的制造系统设计。

本发明就是为了解决上述这样的问题而提出的，能够生成满足制造要件的多个制造系统设计方案，进行对比。目的在于能够通过将制造系统的创立时以及制造执行时的评价结果一览地进行显示，从而通过实机运转前的模拟对从工厂经营观点出发更合适的制造系统设计进行判断。

本发明涉及的制造系统设计辅助装置的特征在于，具有：制造要件设定部，其对在制造系统中制造产品时的制造要件进行设定；制造系统设计方案生成部，其生成满足制造要件的制造系统设计方案；评价指标设定部，其对制造系统设计方案的评价指标进行设定；制造系统设计方案评价部，其基于评价指标而对制造系统设计方案的评价结果进行计算；以及评价结果显示部，其显示评价结果。

发明的效果

根据本发明涉及的制造系统设计辅助装置，能够生成满足制造要件的制造系统设计方案，将设计方案的评价结果对比地进行显示。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的结构的框图。

图2是表示对本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的评价指标进行设定的画面的示意图。

图3是表示本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的逻辑的流程图。

图4是表示对本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的评价结果进行显示的画面的示意图。

图5是表示本发明的实施方式2涉及的制造系统设计辅助装置的设计规则的学习的示意图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的结构的框图。制造系统设计辅助装置由成为用户接口的输入输出部1以及进行内部处理的运算处理部2构成。运算处理部2由CPU(中央处理装置)、硬盘等存储装置构成。输入输出部1具有输入单元11和输出单元12。输入单元11的制造要件设定部111对在制造系统中制造产品时的制造要件进行设定，输入单元11的评价指标设定部112对制造系统设计方案的评价指标进行设定。

制造要件设定部111对制造要件进行设定，该制造要件包含在制造系统中制造的产品的规格、制造系统的结构要素即生产设备的规格、使用制造系统而对产品进行生产的生产计划中的至少任意1者。另外，评价指标设定部112对用于评价制造系统的设计方案的大于或等于1个评价指标进行设定。

图2是对本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的评价指标进行设定的画面的示意图。例如，能够选择所需时间、所需工时、所需成本作为创立时的评价指标。另外，例如，能够选择综合设备效率、净设备效率、合格率、交货期遵守率、设备有效性、劳动生产率，作为运转时的评价指标。能够选择开始以及结束日作为规定的评价期间。

评价指标设定部112例如在图2所示这样的可以进行评价指标值的种类的选择和评价对象期间的开始日以及结束日的指定的设定画面上对评价指标的内容进行设定。

运算处理部2具有制造系统设计方案生成部21和制造系统设计方案评价部22。制造系统设计方案生成部21生成满足制造要件的制造系统设计方案，制造系统设计方案评价部22基于评价指标而对制造系统设计方案的评价结果进行计算。输出单元12的评价结果显示部121对制造系统设计方案评价部22的评价结果进行显示。

制造系统设计方案生成部21由制造系统设计方案提取部211、评价结果存储部212、制造系统设计规则学习部213和制造系统设计规则存储部214构成。制造系统设计方案提取部211根据制造要件设定部111所设定的制造要件和评价指标设定部112所设定的评价指标提取制造系统设计方案。另外，制造系统设计方案提取部211使用制造系统设计规则存储部214的制造系统设计规则而提取制造系统设计方案，该制造系统设计规则存储部214将制造系统设计规则学习部213的学习结果作为制造系统设计规则而保存。换言之，制造系统设计方案提取部211参照制造系统设计规则而提取制造系统设计方案。

制造系统设计方案生成部21生成大于或等于1个满足制造要件的制造系统设计方案，由制造系统设计方案提取部211考虑到评价指标而提取大于或等于1个制造系统设计方案。

评价结果存储部212从制造系统设计方案评价部22接收、存储多个由制造要件、评价指标、制造系统设计方案和评价结果形成的组合结果。制造系统设计规则学习部213基于在评价结果存储部212存储的组合结果对针对制造要件和评价指标的群组而导出评价高的制造系统设计方案的规则进行学习。制造系统设计规则存储部214将制造系统设计规则学习部213的学习结果作为制造系统设计规则而进行存储。

制造系统设计方案评价部22具有制造系统评价计算部221、制造系统创立评价部222、制造系统执行评价部223、生产调度器224、生产模拟器225和控制系统接口226。这里，制造系统执行评价部223使用生产调度器224、生产模拟器225以及控制系统接口226中的至少任意1者对制造执行进行评价，其中，该生产调度器224进行用于制造产品的制造设备的工作计划以及作业者的配置计划，该生产模拟器225执行由制造设备以及作业者进行的生产的模拟，该控制系统接口226取得制造设备的生产实际业绩数据。

评价指标设定部112对评价创立作业的创立评价指标和评价运转时的制造执行的制造系统执行评价指标进行设定，发送至制造系统评价计算部221。另外，制造系统设计方案提取部211参照制造系统设计规则而提取制造系统设计方案，发送至制造系统评价计算部221。

制造系统创立评价部222基于创立评价指标而对制造系统的创立进行评价。制造系统执行评价部223使用生产调度器224、生产模拟器225以及控制系统接口226中的至少任意1者对制造执行进行评价，其中，该生产调度器224进行用于制造产品的制造设备的工作计划以及作业者的配置计划，该生产模拟器225执行由制造设备以及作业者进行的生产的模拟，该控制系统接口226取得制造设备的生产实际业绩数据。并且，评价结果显示部121进行基于规定期间的评价指标的、制造系统设计方案的排序并显示。

制造系统评价计算部221针对制造系统创立评价部222以及制造系统执行评价部223的评价结果，进行基于规定期间的评价指标的、制造系统设计方案的排序，发送至评价结果显示部121。

图3是表示本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的逻辑的流程图。制造系统设计辅助装置被作为安装有逻辑的计算机上的应用程序而实现，输出对于所给定的条件来说合适的制造系统的设计方案。

制造系统设计辅助装置从步骤S1开始，在步骤S2中，通过制造要件设定部111输入制造要件，在步骤S3中，通过评价指标设定部112输入评价指标。

在步骤S4中，对能够根据制造要件以及评价指标的群组导出制造系统设计方案的设计规则的存在与否进行确认。当在步骤S4中存在设计规则的情况下，进入步骤S5，当不存在设计规则的情况下，进入步骤S6。在步骤S5中，生成应用了设计规则的设计方案。更具体而言，基于设计规则，根据制造要件以及评价指标的群组生成制造系统设计方案。在步骤S5之后，进入步骤S7。

在步骤S6中，生成满足制造要件的初始设计方案。换言之，生成满足制造要件的初始设计方案作为制造系统设计方案。在步骤S6之后，进入步骤S7。

当在步骤S5或者步骤S6中生成了制造系统设计方案之后，在步骤S7中，进行设计方案的评价计算。更具体而言，针对制造系统设计方案，对基于在步骤S3中输入的评价指标的评价进行计算。

在步骤S8中，将评价的计算结果作为评价结果进行显示，接下来，在步骤S9中，对评价结果进行记录。在步骤S10中，基于针对根据制造要件以及评价指标的组合导出了制造系统设计方案这一情况的评价结果，对设计规则进行学习。在步骤S11中，对在制造系统设计规则存储部214记录的设计规则进行更新。

当在步骤S12中未采用制造系统设计方案的情况下，返回步骤S2，根据需要变更制造要件以及评价指标，再次生成制造系统设计方案。当在步骤S12中参照步骤S8的评价结果而采用了制造系统设计方案的情况下，在步骤S13中结束逻辑。

就在制造系统中制造的产品的规格而言，包含制造的产品的材质、尺寸、功能、性能、部件结构、制造工序中的至少1者，例如，包含产品的材料、表现出产品的3维形状的尺寸数据、尺寸数据的精度公差、构成产品的部件的一览、对产品进行制造的工序等。

另外，就制造系统的结构要素即生产设备的规格而言，包含产品的生产所使用的设备的尺寸、功能、性能、部件结构中的至少1者，例如，表现出生产设备的3维形状的尺寸数据、生产设备的设置面积、生产设备能够应对的加工的种类、生产设备的加工精度等。

作为表示与产品或者生产设备相对应的3维形状的方法，也可以使用作为数字数据而保存的3维CAD数据。生产计划是在以月为单位、以周为单位、以日为单位等的一定的制造期间使用制造系统进行制造的产品的种类和数量的计划。

评价指标包含应用制造系统的设计方案的情况下的制造系统的创立时的评价指标和运转时的评价指标。作为创立时的评价指标，例如能够选择制造系统的创立所需的时间、工时、成本等。

作为运转时的评价指标，例如能够选择工厂的综合设备效率、净设备效率、产品的合格率等ISO22400所定义的KPI(Key Performance Indicator)指标、与KPI相似的产品的交货期遵守率等评价指标中的至少大于或等于1个指标值。将期间的开始和结束的日期与生产计划相匹配地将规定的对象期间设定为评价对象期间。

制造系统设计方案是包含生产设备的结构、生产设备的布局和作业者的配置中的至少1者的设计方案。制造系统设计方案是由制造系统设计方案评价部22基于评价指标进行评价的。由制造系统评价计算部221计算针对制造系统设计方案的每个评价指标的评价值。

在评价值的计算中使用由制造系统创立评价部222和制造系统执行评价部223得到的评价结果。由制造系统评价计算部221计算出的评价值被显示于输出单元12的评价结果显示部121。

例如，当作为产品而在制造系统中制造产品a和产品b这2个种类的产品的情况下，针对产品a以及产品b而定义了由大于或等于1个制造工序构成的制造方法。制造工序是使用具有可制造的功能以及性能的大于或等于1个生产设备中的任意者而执行的。

制造系统设计方案是由为了达成产品a以及产品b的生产计划所需的生产设备的布局和作业者的配置进行定义的。就所定义的制造系统设计方案而言，通过制造系统评价计算部221而计算评价值。在由制造系统评价计算部221进行的评价值的计算中使用由制造系统创立评价部222和制造系统执行评价部223得到的评价。

在制造系统创立评价部222中，实施制造系统的创立时的作业的评价。制造系统的创立时的作业例如包含，新生产设备的购入、不需要的生产设备的移动或者废弃、生产设备的布局变更、生产设备的机械性的调整、生产设备的控制程序的设计和开发、生产设备的动作确认等为了使制造系统工作所需的作业。

在由制造系统创立评价部222进行的评价中，考虑到上述各作业，对与评价指标相对的数值进行计算，该评价指标是从制造系统的创立所需的时间、工时、成本之中由评价指标设定部112选择出的。

在制造系统执行评价部223中，实施制造系统的生产执行时的运转的评价。制造系统的生产执行时的运转是指通过由生产设备进行的作业和由作业者进行的作业而执行基于生产计划的制造。由生产设备进行的作业例如包含，由工作机器进行的加工、由搬运装置进行的搬运、由检查装置进行的检查等基于在生产设备的控制装置中储存的程序而执行的作业。

由作业者进行的作业例如包含，部件的挑选、夹具或加工对象部件的向工作机器的固定、通过手动作业进行的部件组装、向检查装置的条件设定等由制造现场的作业者直接执行的作业。

在由制造系统执行评价部223进行的评价中，在通过由生产设备进行的作业和由作业者进行的作业而进行了制造系统的生产执行的情况下，对与评价指标相对的数值进行计算，该评价指标是从工厂的综合设备效率、净设备效率、产品的合格率、产品的交货期遵守率等评价指标之中由评价指标设定部112选择出的。

在评价值的计算中，基于生产计划而对生产设备和作业者进行分配，使用通过生产模拟器225对由生产调度器224计算出的生产日程进行模拟执行所得到的结果，其中，该生产模拟器225在虚拟空间上对制造系统设计方案进行模拟。在生产日程的确定中通常可以使用作为软件产品而进行销售的生产调度器224。

在实际地构建基于制造系统设计方案的制造系统，执行基于生产调度器224的制造的情况下，取代生产模拟器225而使用实际的制造系统。在这种情况下，经由控制系统接口226而从生产设备的控制装置取得生产实际业绩数据，由此对评价值进行计算。

制造系统评价计算部221基于制造系统创立评价部222以及制造系统执行评价部223的评价结果，针对大于或等于1个制造系统设计方案，分别将针对大于或等于1个评价指标的评价值输出至评价结果显示部121。

图4是对本发明的实施方式1涉及的制造系统设计辅助装置的评价结果进行显示的画面的示意图。针对每个设计方案，例如将创立时的时间、工时以及成本、运转时的综合设备效率以及交货期遵守率、以及综合评价作为评价结果而示出。在该图4中，示出与在图2中选择出的项目相匹配地选择了创立时以及运转时的选择项目的例子。

评价结果显示部121如图4所示，以纵轴为制造系统设计方案、横轴为评价指标的表格形式输出评价结果。在横轴的评价指标中显示由评价指标设定部112设定的创立时的评价指标和运转时的评价指标。显示针对横轴的评价指标的评价值作为评价结果。作为基于横轴的评价指标所使用的创立时的评价指标和运转时的评价指标的针对制造系统设计方案的综合评价，对制造系统设计方案之间的评价位次的平均值进行计算，由此将该平均值添加于横轴的评价指标的开头而显示。另外，能够按照在横轴举出的各评价指标的评价值的顺序，对作为评价对象的制造系统设计方案进行排序。由此，能够生成满足制造要件的制造系统设计方案，将评价结果对比地进行显示。

如上所述，制造系统设计辅助装置具有：制造要件设定部，其对在制造系统中制造产品时的制造要件进行设定；制造系统设计方案生成部，其生成满足制造要件的制造系统设计方案；评价指标设定部，其对制造系统设计方案的评价指标进行设定；制造系统设计方案评价部，其基于评价指标而对制造系统设计方案的评价结果进行计算；以及评价结果显示部，其显示评价结果，因而，该制造系统设计辅助装置能够生成满足制造要件的制造系统设计方案，将设计方案的评价结果对比地进行显示。

另外，评价指标设定部对评价创立作业的创立评价指标和评价运转时的制造执行的制造系统执行评价指标进行设定，制造系统设计方案评价部具有制造系统创立评价部和制造系统执行评价部，该制造系统设计方案评价部对制造系统创立评价部以及制造系统执行评价部的评价结果进行计算，其中，该制造系统创立评价部基于创立评价指标而对制造系统的创立进行评价，该制造系统执行评价部基于制造系统执行评价指标而对制造执行进行评价。

并且，制造系统设计方案生成部具有：制造系统设计方案提取部，其根据制造要件和评价指标提取制造系统设计方案；评价结果存储部，其存储多个由制造要件、评价指标、制造系统设计方案和评价结果形成的组合结果；制造系统设计规则学习部，其基于组合结果对针对制造要件和评价指标的群组而导出评价高的制造系统设计方案的规则进行学习；以及制造系统设计规则存储部，其将制造系统设计规则学习部的学习结果作为制造系统设计规则而进行存储。

另外，制造系统设计方案提取部参照制造系统设计规则而提取制造系统设计方案。并且，评价结果显示部进行基于规定期间的评价指标的、制造系统设计方案的排序并显示。

另外，制造系统执行评价部使用生产调度器、生产模拟器以及控制系统接口中的至少任意1者而对制造执行进行评价，其中，该生产调度器进行用于制造产品的制造设备的工作计划以及作业者的配置计划，该生产模拟器进行由制造设备以及作业者进行的生产的模拟，该控制系统接口取得制造设备的生产实际业绩数据。

实施方式2.

关于结构，实施方式2与实施方式1相同。在实施方式2中，与实施方式1的不同点在于，在制造系统设计规则学习部213中使用强化学习，以及使神经网络进行学习。

制造系统设计规则学习部213中的学习例如能够使用强化学习。强化学习是指对如下问题进行处理的机器学习的一种，即，某个环境内的代理人对当前的状态进行观测，决定应采取的行动。代理人通过选择行动而从环境获得报酬。强化学习对通过一系列的行动而获得最多报酬的策略进行学习。强化学习的算法是与动态规划法相似的算法。强化学习是为了学习得到某个状态下的合适的行动，通过状态和行动的群组的体验而对将来会获得的报酬的预估进行更新的无监督学习，已知通过模拟对各种状态和行动的组合进行体验的方法。

执行强化学习，在该强化学习中将由制造要件设定部111设定的制造要件和目前的制造系统的布局、作业者的配置的组合设为“状态”，将制造系统的布局和作业者的配置的变更设为“行动”，将所给定的期间的“行动”的结果、基于评价指标而计算出的评价结果设为“报酬”。在强化学习的学习过程中，如果执行行动，则状态发生变化，作为其结果而进行状态和行动的各种组合的体验，获得报酬，由此决定针对组合的评价。

通过使用生产模拟器225执行强化学习的学习过程，从而针对制造要件，得到将制造系统的布局和作业者的配置分别变更为其它布局和其它配置、或者不进行变更的行动。这样，通过强化学习而得到的规则被保存于制造系统设计规则存储部214。

当在实际工厂中应用了制造系统的布局和作业者的配置的情况下，能够根据经由控制系统接口226而得到的数据，基于评价指标对评价进行计算，反映至强化学习中，保存于制造系统设计规则存储部214。

基于在制造系统设计规则存储部214保存的规则，在制造系统设计方案提取部211中，根据由制造要件设定部111设定的制造要件提取提高由评价指标设定部112设定的各评价指标的评价的制造系统设计方案。

另外，在反复执行强化学习，成功收集到相对于制造要件和评价指标的输入来说的合适的制造系统设计方案的输出的组合的事例的情况下，能够将收集事例作为教学信号而使根据输入得到输出的神经网络进行学习。

图5是表示本发明的实施方式2涉及的制造系统设计辅助装置的设计规则的学习的示意图，是示出进行学习的对象的神经网络的示意的图。作为神经网络的输入而设定制造要件的项目和评价指标的项目，作为神经网络的输出而设定前期制造系统设计方案的项目。通过将制造要件和评价指标的组合和相对于组合来说合适的制造系统设计方案的多个事例作为教学信号而赋予给神经网络，从而使神经网络进行学习。

对于神经网络的学习结果，也能够作为规则而保存于制造系统设计规则存储部214，能够被灵活应用于制造系统设计方案提取部211中的制造系统设计方案的提取。

如上所述，制造系统设计辅助装置具有：制造要件设定部，其对在制造系统中制造产品时的制造要件进行设定；制造系统设计方案生成部，其生成满足制造要件的制造系统设计方案；评价指标设定部，其对制造系统设计方案的评价指标进行设定；制造系统设计方案评价部，其基于评价指标而对制造系统设计方案的评价结果进行计算；以及评价结果显示部，其显示评价结果，因而，该制造系统设计辅助装置能够生成满足制造要件的制造系统设计方案，将设计方案的评价结果对比地进行显示。

另外，评价指标设定部对评价创立作业的创立评价指标和评价运转时的制造执行的制造系统执行评价指标进行设定，制造系统设计方案评价部具有制造系统创立评价部和制造系统执行评价部，该制造系统设计方案评价部对制造系统创立评价部以及制造系统执行评价部的评价结果进行计算，其中，该制造系统创立评价部基于创立评价指标而对制造系统的创立进行评价，该制造系统执行评价部基于制造系统执行评价指标而对制造执行进行评价。

并且，制造系统设计方案生成部具有：制造系统设计方案提取部，其根据制造要件和评价指标提取制造系统设计方案；评价结果存储部，其存储多个由制造要件、评价指标、制造系统设计方案和评价结果形成的组合结果；制造系统设计规则学习部，其基于组合结果对针对制造要件和评价指标的群组而导出评价高的制造系统设计方案的规则进行学习；制造系统设计规则存储部，其将制造系统设计规则学习部的学习结果作为制造系统设计规则而进行存储。

另外，制造系统设计方案提取部参照制造系统设计规则而提取制造系统设计方案。并且，评价结果显示部进行基于规定期间的评价指标的、制造系统设计方案的排序并显示。

另外，制造系统执行评价部使用生产调度器、生产模拟器以及控制系统接口中的至少任意1者而对制造执行进行评价，其中，该生产调度器进行用于制造产品的制造设备的工作计划以及作业者的配置计划，该生产模拟器进行由制造设备以及作业者进行的生产的模拟，该控制系统接口取得制造设备的生产实际业绩数据。

标号的说明

1输入输出部，2运算处理部，11输入单元，12输出单元，21制造系统设计方案生成部，22制造系统设计方案评价部，111制造要件设定部，112评价指标设定部，121评价结果显示部，211制造系统设计方案提取部，212评价结果存储部，213制造系统设计规则学习部，214制造系统设计规则存储部，221制造系统评价计算部，222制造系统创立评价部，223制造系统执行评价部，224生产调度器，225生产模拟器，226控制系统接口。