多品種少量生産モデルに関する総合分析報告書

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多品種少量生産モデルに関する総合分析報告　航空宇宙企業の生産管理の複雑さや規模も大きく変化しており、市場の多様で不確実な需要に迅速に対応し、顧客のニーズを満たす製品を速やかに提供できる能力が求められている。“「短く、平らで、迅速」がこの時期の生産現場の重要な特徴となり、時間通りに、品質を保ち、量も確保し、かつ最小限のコストで顧客のニーズを満たす製品を製造することが生産管理の目標となった。しかし、熟練労働者の不足や設備の逼迫といった資源的な制約のため、進捗を前進させることはますます困難になっているようだ。筆者は実践において制約管理メカニズムを導入した（いわゆる制約管理とは、あらゆるシステムには少なくとも1つの制約が存在し、その制約となるリソースの生産量がシステム全体の生産性を決定するという考え方であり、制約となるリソースの生産能力が向上しない限り、非制約リソースの改善は無意味である）。生産管理の推進に向けて、いくつかの参考や示唆を提供しようとするものである。一、主な特徴 多品種少量生産の主な特徴は、以下のようなものがあります：多品種の同時生産。航空宇宙製品は、1人の顧客に対して複数の製品を作るためです。異なる製品には異なるニーズがあり、企業のリソースは複数の品種の間で割り当てられる。リソース共有。生産プロセスの各タスクにはリソースが必要だが、実際に利用できるリソースは非常に限られている。例えば、製造プロセスにおいて機器同士が「衝突」する問題は、プロジェクト間のリソース共有が原因で起こります。したがって、プロジェクトの要求を満たすためには、限られたリソースを適切に配分する必要がある。プロジェクトの結果と生産サイクルの不確実性。宇宙機器の品質や安定性には厳しい要求があるため、新たに開発される製品が一回目の設計で成功するとは限らず、その後の過程で改善や完善が必要な点が多く存在します。もし何らかのタスクの結果が思わしくない場合、他の関連するタスクも相応に調整を要し、工程の反復が増えて資源に新たな課題が生じます。顧客のニーズが不安定であることや、計画で定めた節点と人・機械・材料・方法・環境などの揃うサイクルが一致しないことなどから、生産サイクルはしばしば不確定となります。サイクルが短いプロジェクトではより多くのリソースを投入する必要があり、生産管理の難易度が高まるのです。 生産工程に大きな変化はない。宇宙関連企業が担当する製品の種類は基本的に変わらないため、製品のキーロードや、各タスクがノードとして構成するネットワークガントチャートも基本的に同じになる。シャーシの各工程において、ほぼすべての流れは設計図面――工程方法――主梁の製造――フレームの製造――総組み立て調整などです。二、制約条件 1.技術状態が不安定で、工程方法の拡張性に欠ける 現在開発中の製品は、単一製品としての技術状態において過去の製品と比べて大きな参考価値があるものの、新製品が全体の新システムに適応できるかどうかが、技術状態を評価する上で重要な指標となる。しばしば、単一の製品が適応的に改良されて新しい製品が生まれるが、新たな試行錯誤が伴う。航空宇宙企業は生産サイクルを確保するため、「開発しながら仕様を確定させ、同時に量産も行う」という生産管理モデルを導入した。しかし、状態の変化に伴うプロセスの繰り返しや、状態変更によって生じる品質問題の解決に一部のリソースが費やされ、生産スケジュールの混乱を招いてしまった。 新たに開発された製品の工程適応性は量産品と一定の差があり、既存の生産ラインを短期間で増設することもできないため、工程の調整には既存のリソースを活用するしかなく、設備の能力が限界に近づいた場合には作業員個人の能力に頼るしかなく、その結果、製品加工の品質安定性を確保することが難しくなっている。製品の修理・再加工や廃棄後の再処理が増え、生産計画が頻繁に変更されることで、管理の難易度はさらに高まっている。 2. バーチャル製造が広く存在する。いわゆるバーチャル製造とは、製品設計から始めて技術文書を作成した後、外部の協力工場に加工製造を委託し、部品を同工場で加工・組み立てて部品アセンブリを構成し、生産工程での品質検査および検収に合格した後、工場で製品の最終組み立てが行われるものである。 宇宙航空製品はシステム統合の特徴を持っています。長期的な発展の過程で、航空宇宙企業はある程度の生産製造能力を蓄積してきたものの、依然として多くの核心的な単機製品の設計・製造プロセスが企業内部では行われていません。外部からの購入品や委託加工品が多数存在し、製品の状態、進捗、品質管理のためには企業側が外部に別の管理システムを構築する必要があります。これにより一定のリソースが消費されるとともに、生産管理の難易度も高まっています。 3. 物材管理や生産のバランスを取ることは困難である。ゼロ在庫とは、JIT（ジャストインタイム）方式に基づいて構築される企業の物料管理手法であり、安定したサプライチェーンが確立された後に採用される低コストの資材管理方式である。その基本は、大量発注、低コスト、迅速な供給にある。製品開発の生産管理プロセスにおいて、少量生産や単一製品の繰り返し発注、そして短い供給サイクルは、サプライヤーの対応の迅速性やサプライチェーン全体の安定性に大きな影響を与える。受注を拒否したり、期日を守れなかったり、製品品質が不安定であるために繰り返し発注が必要になるなど、一連の問題が生じ、システムの完全な構築が困難になり、生産の円滑な進行に支障をきたす。多品種少量生産のプロセスにおいては、複数のプロジェクトが並行して進行する。プロジェクト間の類似性により、ある期間では設備や人材などのリソースへの需要が高まり、競合が生じる。一方で、製品の生産が進むにつれて、逼迫していたリソースは余剰となり、リソースの利用は波状的に変動し、安定した生産を妨げることになる。 4. クリティカルパス制御の局所性
現在の生産管理プロセスでは、主にクリティカルパス制御法が採用されている。製品の生産計画を立て、重要かつ鍵となる技術を特定し、あるロットの製品に影響を与えるクリティカルパスを導き出す。そして資源の活用において積極的な支援を行い、クリティカルパス上にある製品が円滑に生産されることで、ロット全体の進捗を確保している。しかし、複数バッチの製品を同時に投入するようになると、各バッチの製品における重要工程間で競合が生じる現象が見られる。例えば、生産過程で数値制御式門形フライス盤が「行列を作る」現象が起こったり、管理者がどの製品を優先して生産するか「決断」しなければならない事態に至ることさえある。 各バッチのキープロセスがすべて同じ機器に集中しているため、どのバッチの製品でもキープロセスで遅れが生じると、生産サイクルを満たすことができなくなります。キープロセス管理の局所性が、生産プロセス全体の進行に影響を与えています。三、対策 複数回にわたる少量生産の環境の影響により、前述の制約条件が生じている。生産過程においてこれらの制約条件の影響を克服するためには、以下のいくつかの観点から検討することができる。 1. 横断的な設計管理の強化および工程手法の多様化に関する研究
現在の設計業務はすべて縦型のチェーンに基づいて行われており、つまりプロジェクトは上から下へと進み、単一の製品、単一の設計、単一の生産が行われている。しかし実際には、現在の宇宙機器には多かれ少なかれ類似点や共通点が存在し、構造設計、電気設計、さらにはシステム全体の理論的要求にも類似点がある。このような類似点を共通点に変えることで、生産管理の難易度を大幅に低減することができる。そのためには横断的な設計管理システムを構築し、「基本モジュール」の設計を行う必要がある。例えばシャーシの設計・製造プロセスにおいて、企業は通常、ある特定のモデルのシャーシの設計を中心に業務を進めますが、実際には各モデルのシャーシは基本的な機能は同じでありながら、構造的に類似した部品やコンポーネントが存在します。例えば、異なるモデルのシャーシで使われるステアリング系の部品同士には、外観サイズの違いや部品上の穴の位置の違いしかありません。金型設計の段階になると、縦方向の設計のみを考慮する場合は、各部品ごとに金型を設計する必要がありますが、横方向の設計を行えば、1セットの金型だけで十分で、加工によって余分なサイズを取り除くことができます。 加工方法を多様化する研究を行い、ある製品について生産現場で複数の実現手段が選択可能になるようにしなければならない。例えば現在の工程思想では、製品の生産速度を上げるために、通常はマシニングセンターを用いて一括して成形する方法が選ばれるが、実際には一般的な機器の精度が保証されているのであれば、資源に不足が生じた場合には、一部の製品を調整して処理を分けることが最も確実な方法である。 もちろん、製品がある工程に到達してから初めてその工程の工程方法の代替可能性を検討するわけにはいかず、生産開始前に代替案を提案することで、資源の衝突という問題を大幅に緩和し、生産が順調に進むよう促すことができる。また、グループ化技術の研究を強化し、異なる型番の類似したモジュールを一括してグループ化して加工することで、加工効率と品質を確保する必要がある。例えば、工具とは製品を加工するための補助手段であり、通常、工具を設計する目的は特定の製品の加工ニーズに応えるためです。しかし、複数の製品の加工ニーズに共通性がある場合、製品の量産に先立って汎用性のある工具を作っておけば、効率が大幅に向上します。 2．重要な核心を把握する　バーチャル製造がもたらす一連の問題は、主に品質や進捗が要求を完全に満たせない点に表れる。プロセスでは設計技術上の要件のみが重視されがちで、製品が設計・製造された後も核心を把握していないため、検収が困難になる。時には検収に合格しても、使用上の要求を満たしていない場合がある。したがって、バーチャル製造が要求を満たすためには、技術をさらに深く理解する必要がある。設計者が設計要件を提示した後、関連する検査担当者は製品や実物を詳細に分析し、重要なデータや受け入れ基準を把握しなければならない。もし短期間でそれが不可能な場合は、バーチャル製造された製品の製造過程を追跡し、その重要なデータを明らかにして製品が要求を満たすようにし、バーチャル製造の適合性を向上させる必要がある。 3．仮想在庫空間を構築する。外部委託および計画管理の強化、事前に介入することが資材のタイムリーな供給を確保する最良の方法です。現在の状況において、資材管理担当者が製品の構成や主な性能を事前に把握していれば、生産に影響を与える重要な要素を事前に分析し、関連する準備を整えることができる。通常、設計者は設計を開始する前に長期間にわたる部品の在庫リストを作成しますが、他の部品（重要ではあるもののキーとならない部品）の需要は比較的遅れて把握されます。しかし、このような部品は代替可能性が高く、複数のモデルで共通して使用されることが多いため、仮想在庫を設けることを検討できます。年度や四半期ごとにこのような資材を分析し、異なる型番間で共通する特徴に基づいて発注や予約を行い、資材の詳細をリストアップします。入荷サイクルに合わせて段階的な計画を立て、製品の正式な図面が出た後はバランス計画によって資材管理を行うことで、少量・単品発注によるコストや管理上の負担を軽減し、資材の適時供給を確保します。 複数のプロジェクトを並行して進めることによる最大の問題は、一定期間、リソースの不足というボトルネックが生じることです。年度や四半期ごとの計画や能力のバランスにより、長期的にはさまざまなプロジェクトが均衡を保っているが、あるプロジェクトで技術的、品質的、管理的なミスが発生することで、各キープロセスの期間やタイミングに変動が生じ、元々あったリソースのボトルネックが変化してしまう。これがいわゆるリソースボトルネックのドリフト問題である。この時、設備や人材がフル稼働しても需要を満たすことはできず、資源も短期間で補充できないため、外部委託によって資源の不足がもたらす課題を大いに緩和することができる。したがって、均衡のとれた生産を確保するためには、外部委託管理を強化し、市場のリソースを十分に活用して、各工程が連携し合い、生産ニーズを満たす必要がある。外注管理においては、市場環境の基本的な状況とその変化に積極的に注意を払い、「出せるものは出し、持ち帰れるものは持ち帰る」ことを確実にしなければならない。 ボトルネックドリフト制約を生み出すもう一つの問題は、投入日です。現在の計画では、通常は年末に開始され、設計、工程、量産といった各段階を経ます。プロセスが基本的に同じであるため、生産現場に到着する時期もほぼ同じです。ある時期には生産タスクがほとんどないこともありますが、別の時期には生産が盛んになります。そのため、量産開始時期も、ロットごとの重要性や納期の要求などに基づいて順序を決め、円滑に進行させつつ互いに影響しないようにし、均衡の取れた生産を実現する必要があります。 4．キープロセスをキーチェーンパスに変えるためには、まず各生産タスク間の重複する部分を分析する必要がある。例えば、A型とB型というキーアイテムは同じ生産リソースを必要とし、かつどちらも重要な工程上のポイントに位置している。このような場合、まずA型とB型のタスクの重要性を順位付けし、優先すべきタスクを決定してキーチェーンパスに含めるべきである。しかし、優先タスクの割り当てにおいては、リソースの利用可能率を70％のみに設定し、残りの30％はバッファとして確保します。BタスクやCタスクのノード要件に応じて、複数のタスク（キーチェーン外のタスク）を実行するための十分なリソースが確保されるよう、バッファ値を継続的に調整している。もしBまたはCのタスクの生産が遅れても、BやCのタスクの需要に影響を与えない場合は、バッファを閾値0に設定し、BやCのタスクの開始を遅らせることで、タスク間の干渉を避けることができます。 タスクの実行過程において最も重要なのは、各タスクの進捗状況やバッファの消費状況をタイムリーに更新することです。もしAタスクのある重要なステップがまだ完了していないのにバッファがすでに使い果たされてしまった場合、リソースを追加してバッファを補充する必要があります。生産設備の不足という問題については、製品の外部委託や残業・シフト勤務などによって補うことができる。バッファの臨界点は容易には発生しない。プロセス制御とは、数値制御式ガントリーフライスなどの重要な設備でリソースが不足している場合などに、生産システム全体の各タスクチェーンの完了度とバッファの消費度の比率に基づいてリソースの使用権を決定することである。企業は、リソースを合理的に活用するため、作業にかかる時間が短い製品を優先的に選び、時間がかかるプロジェクトは後回しにします。 生産管理とは、複雑なシステムの管理プロセスであり、どの一つの要素が欠けてもシステム全体の正常な運用に影響を与えます。制約条件が生じた場合に重要なのは、管理と指導を強化することで、そうすることで初めて生産管理システム全体の正常な運用を保証できるのです。本記事は許可を得て転載されたものであり、原著者の許可なく、いかなる者も複製、転載、抜粋などいかなる方法においても利用してはならない。e-worksはこれによって生じるいかなる法的責任も負わない！異議がある場合は、速やかにご連絡ください。お問い合わせ先：editor@e-works.net.cn 電話：027-87592219/20/21