【金属部品・ボディパネルのAI生産スケジューリング 3】解決策 ～ 金型と材質の生産順序を最適化AIで組み替える

2026.10.09A1:生産計画・スケジューリング , S08:金型や治具を使う工程で納期遅れと段取りを最少化したい

全5回の3回目です。前回は、特急対応、段取り時間の増加、ロットサイズが定まらないこと、在庫保有コストの増加という4つの課題を説明しました。今回は、この4つを同時に扱う考え方を説明します。金額は次の第4回で計算します。

1. 人が生産順序を決めるときの限界

この工場では、2本のプレスラインで1週間に約18ロットを流します。ロットが変わるたびに段取りをするので、ロットの数は段取りの回数と同じです。第1回で説明したとおり段取りは1ラインで月36回あり、2本では月72回、1週間あたりでは約18回になります。

18ロットを1列に並べる順序だけでも18の階乗、約10の16乗通りあり、どちらのラインに割り振るかを加えるとさらに増えます。計画担当者が実際に比べられるのは、経験から選んだ数通りの順序だけです。

どの順序が良いかは、前後の品番の組み合わせで決まります。第1回で説明したとおり、同じ形状の2つの仕様を続けて流せば部分交換だけになり、鋼板とアルミ板が交互になれば清掃が増えます。加えて、見込生産品の在庫の残り、受注生産品の納期、天井クレーンの空き、後工程のヘミングセルの空き時間も同時に見る必要があります。条件を1つずつ順に決めていくと、先に決めたことと後に決めたことが食い違います。

2. 最適化AIができること

生産計画を人の手ではなく計算で作るしくみを、生産スケジューラと呼びます。生産スケジューラのうち、守るべき条件を与えると、その範囲で最も良い生産順序を計算で探し出すものが最適化AIです。与える条件には、金型の部分交換と一式交換の時間、材質切替の清掃時間、天井クレーンが1基であること、見込生産品の安全在庫、受注生産品の納期が入ります。これらの条件を制約条件と呼びます。

最適化AIが決めるのは、品番をどの設備で流すか、流す順序(この決め方を投入順序最適化と呼びます)、1回につくる枚数、前後の工程の着手時刻の4つです。下の表は、4つの要素と、それぞれが主に解決する第2回の課題を並べたものです。1つの要素が複数の課題の解決に寄与することもあり、対応はおおむねの目安です。

最適化の要素	内容	主に解決する第2回の課題
作業の設備への割付け	品番をどちらのプレスラインで流すかを決め、2本の負荷をならす	課題2 段取り時間とコストの増加
投入順序最適化	安全在庫と納期を守りながら、同じ金型と同じ材質が続く生産順序を決める	課題1 特急対応
ロットサイズの決定	出荷の量、在庫の残り、安全在庫から、1回につくる枚数を決める	課題3 ロットサイズが定まらない
工程の同期	ブランキングとヘミングの着手時刻を、プレス成形の完了時刻に合わせる	課題4 在庫保有コストの増加

割付けでは、同じ形状の品番や同じ材質の品番を同じラインに集め、一式交換と清掃の回数を減らします。そのうえで、片方のラインだけに負荷が偏らないようにならします。この調整を負荷平準化と呼びます。工程の同期では、プレス成形が終わる時刻に合わせてヘミングの着手を決めるため、工程の間で待つ仕掛品が減り、製造リードタイムが短くなります。

3. 生産順序を組み替えると、何が起きるのか

(1) 同じ形状のロットを続けて流す

例として、1本のラインでフェンダーを2ロット、フードを1ロット流す場面を考えます。2つのフェンダーは取付穴があるかないかだけが違うので、その間の段取りは部分交換の40分です。フェンダーとフードは形状が違うので、その間の段取りは一式交換の120分です。

納期の早い順に並べると、フェンダー、フード、フェンダーの順になることがあります。この順では一式交換が2回で240分かかります。フェンダー、フェンダー、フードの順に組み替えると、部分交換の40分と一式交換の120分で160分になり、80分短縮できます。

(2) 4つの要件を同時に満たす

金型の交換だけを見れば、同じ形状のロットをすべて続けて流すのが最短です。ところが、フェンダーのロットを長く続けると、その間はフードをつくれず、フードの在庫が安全在庫を下回ります。

人が順に決める場合は、まず欠品と納期の近い品番を前に置き、次にロットサイズを決め、最後に同じ形状がまとまるよう並べ替えます。最後の並べ替えでフェンダーをまとめると、最初に前へ置いたフードが後ろにずれます。フードを元の位置に戻すと、今度は一式交換が増えて段取り時間が増加します。順に決める進め方では、この手戻りが終わりません。

最適化AIは、安全在庫、納期、段取り時間、ロットサイズの4つを1つの計算の中で同時に扱います。そのため、フードの在庫が安全在庫を下回らない範囲で、フェンダーをできるだけ続けて流す順序を見つけます。品番が変わるたびに金型の交換か清掃が必要になるため、段取り時間そのものは残ります。短縮できるのは生産順序の組み方で生じていた分で、この連載ではその削減率を全工程で30%と置きます。

4. 計画外の事象が起きたらリスケジュールする

計画どおりに進まない日は、毎月のように起きます。プレス機の故障でラインが止まる、コイルの入荷が遅れる、架装メーカーから急ぎのオーダが入る、などです。この工場では、計画担当者が約140品番の在庫と納期を見直して計画を作り直すのに半日かかり、その間、現場は前の計画のまま動きます。

最適化AIでは、止まったラインや新しいオーダを条件として入れ直せば、人が半日かけて作り直すより短い時間で新しい計画ができます。計算にかかる時間は品番の数や制約条件の多さによって変わり、数分で終わることもあれば、それ以上かかることもあります。この計画の作り直しをリスケジュールと呼びます。短い時間で作り直せれば、残業で補う以外に、生産順序を組み替える、もう1本のラインに振り替えるなどの対応を選べます。

できあがった計画は計画担当者が確認し、現場で守っている決まりに合わない箇所だけを直します。毎回同じ箇所を直しているなら、その内容を制約条件として加えます。最後の判断は人が行います。

まとめ

第2回の4つの課題は、安全在庫を下回りそうな品番や納期の接近が見つかるたびに、生産順序が特急対応で組み直されることが原因でした。最適化AIは、設備への割付け、投入順序、ロットサイズ、工程の同期の4要素を1回の計算で決めます。そのため、金型の交換を減らすと欠品が出て、欠品を防ぐと金型の交換が増える、という手戻りを人が繰り返す必要がなくなります。プレスラインを買い替えたり改造したりする投資をせずに、ボトルネックであるプレス成形の段取り時間を短縮できます。

次回は、段取り時間の30%短縮と、計画と管理の時間削減が、1年でいくらになるのかを計算します。あなたの工場で、先月プレス成形の金型の一式交換が何回あったか、記録は残っているでしょうか?

解説動画

この回の内容を、動画でも説明しています。

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段取り時間の短縮は、1年でいくらになるのか。6つのコストダウン項目を計算式で積み上げると、年間Return値は38,827,800円。前提値を自社の数字に差し替えれば、誰でも同じ式で検算できます。

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