ジョブショップスケジューリングとは：定義・例・手法

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ジョブショップスケジューリングは、各作業の工程がそれぞれ異なる指定の工順をたどる場合に、作業へ開始時刻と共有リソースを割り当てる手法です。各作業の工程の順序を守りつつ、競合する工程が同じリソースを同時に使わないようにします。その結果、生産チームは次に何を実行でき、何を待たせるべきかが分かります。

ジョブショップスケジューリングで決めること

機械加工の現場では、ある注文はフライス加工の後に穴あけ加工が必要で、別の注文は穴あけ加工の後にフライス加工が必要な場合があります。どちらの注文も同じ機械を取り合いますが、次に使える機械は異なります。注文を納期順に並べるだけでは、フライス加工のオペレーターがどの工程を開始できるかはまだ分かりません。

スケジュールでは、相互に関連する3つの判断を行います。どの工程が着手可能か、どのリソースがその工程を処理できるか、そしていつ実行できるか、です。着手可能かどうかは、先行する工程と生産に必要なインプットによって決まります。リソースの空き状況は、そのリソースにすでに割り当てられている他の作業によって決まります。そのため、1つの割り当てを変えると、工順の後続にある複数の注文に影響が及ぶことがあります。

ジョブショップスケジューリングは、生産スケジューリングの中の特定の問題です。生産スケジューリングには、工順がより単純な、あるいは反復的な環境も含まれます。ジョブショップという区別が重要なのは、工場全体で1つの注文順序を決めても、各リソース上の工程レベルの順序を十分には表せないためです。

ジョブショップ、フローショップ、フレキシブルジョブショップ、受注生産

概念	何を表すか	実務上の問い
ジョブショップ	各作業が、共有リソースをまたいで、それぞれ固有の指定された工程順序をたどる	異なる工順が、衝突せずに同じ機械を使うにはどうすればよいか。
フローショップ	各作業が同じ機械順序をたどる	その共通の工順に、作業をどの順番で流すべきか。
フレキシブルジョブショップ	工程が、加工可能な複数の機械から選んで使える	各工程に、加工可能などの機械と開始時刻を割り当てるべきか。
受注生産	顧客の注文が生産の引き金となる	特定の注文について、いつ生産を開始指示すべきか。

従来型のジョブショップモデルでは、各工程に指定された機械を割り当てます。フレキシブルジョブショップのスケジューリングでは、タイミングの問題に機械の選択が加わります。受注生産は生産の引き金を表すものなので、工場が受注生産でありながら、ジョブショップとして編成されていることもあり得ます。

Google OR-Toolsのドキュメントは、2つの基本制約をわかりやすく示しています。工程は先行する工程の後に行われること、そして機械は一度に1つの工程しか処理できないことです。実際の工場では、稼働カレンダー、資材、人員がこの基本モデルにさらに条件を加えます。

ジョブショップスケジューリングの例：作業AとBの工順が交差する場合

以下の数値は仮定にもとづく例示です。フライス加工 Mと穴あけ加工 Dの二つのリソースが、時刻0から利用できます。各リソースは同時に一つの工程しか処理しません。わかりやすくするため、この例には段取り時間、カレンダー上の休止、資材不足、共有オペレーターはなく、各工程は中断なく実行されるものとします。

対立の構図は単純です。AとBは同じ機械を逆の順序で必要とするため、穴あけ加工が空いていても、Bはフライス加工を待たなければなりません。

作業	第1工程	第2工程	合計加工時間
A	フライス加工 M：2単位時間	穴あけ加工 D：1単位時間	3単位時間
B	穴あけ加工 D：1単位時間	フライス加工 M：1単位時間	2単位時間

計画担当者がAをすべて終えてからBを開始する場合、Aは時刻0から2までフライス加工を、2から3まで穴あけ加工を使います。続いてBが3から4まで穴あけ加工を、4から5までフライス加工を使います。Aの最初のフライス加工の間は穴あけ加工が空いていたにもかかわらず、両方の作業が完了するのは時刻5です。

工順の重なりを認めると、次の実行可能なスケジュールになります。

リソース	時刻0～1	時刻1～2	時刻2～3
フライス加工 M	A（前半）	A（後半）	B
穴あけ加工 D	B	アイドル	A

これで、すべての作業が時刻3に完了します。これは例示モデルにおけるメイクスパンの最小値です。フライス加工は単一の機械で3単位時間分の作業を処理しなければならないため、これより早く終わる実行可能なスケジュールはありません。Bは時刻1に穴あけ加工を終えますが、Aが時刻2にMを解放するまでフライス加工を開始できません。穴あけ加工のアイドル区間は、計画担当者が工程を入れ忘れたという意味ではありません。Aはまだフライス加工中で、Bはすでに穴あけ加工を使い終えているのです。

総加工時間は5単位ですが、二台の機械に分散されています。この合計は、工場での実際の経過完了時間ではありません。逆に、個々の工程を確認せずにスプレッドシート上で両方の作業を時刻0に置いてしまうと、後でフライス加工を取り合う競合が見えなくなります。

最後の作業が完了するまでの時間は、メイクスパンと呼ばれます。この一連の作業全体を早く終わらせることが目的のときに有用な指標です。ただし、特定の顧客の注文が十分早く完了するかどうかまでは分かりません。Bに急ぎの納期がある場合、この違いが重要になります。

SkyPlannerでジョブショップスケジューリングが登場する場面

SkyPlannerでは、AとBの工順は、加工可能なリソースを持つ順序付きの工程になります。Aはフライス加工の後に穴あけ加工、Bは穴あけ加工の後にフライス加工が必要です。生産モデルにリソース、シフト、オペレーター、優先度、資材を設定し、作業の工順と所要時間を入力します。スケジューラは定義された工程の順序を守り、各工程で、加工可能なリソースのうち利用可能で最適なものを選びます。SkyPlannerの生産スケジューリングソフトは、資材の入手可否、シフト、優先度、納期を考慮しながら、ディスクリート製造の作業を自動でスケジュールします。計画担当者が決め、AIは事前設定した優先度に従います。

AとBをGanttに配置したら、SkyPlannerの再計算ボタンであるReschedule all（King Buttonとも呼ばれます）により、Arcturusがスケジュール済みの作業を再計算し、Ganttに結果の割り当てと順序が表示されます。Reschedule allは、Unscheduled タブにある作業をスケジュールへ移動しません。再スケジュールを評価する前に、まず作業の初期配置を行ってください。ワークフローを試すには、デモデータでSkyPlannerを試すか、SkyPlanner AssistantのAI支援によるGetting Startedをご利用ください。ご自身の工順や優先度について相談したい場合は、デモを予約してください。

ジョブショップのスケジュールを実用的にする入力情報

アルゴリズムは、受け取った生産モデルの順序付けを行うことができます。計画担当者の最初の仕事は、そのモデルを現場の実態に合わせることです。AとBの場合、まず工順から始め、続いてスケジュールに影響する稼働状況と注文情報を確認します。

確認する入力情報	確立すべきこと	AとBでの確認ポイント
工程順序	工程の順序が、実際の製造上の依存関係を反映している	Aはフライス加工の後に穴あけ加工が必要で、Bはその逆が必要
所要時間	有効な各工程に、正の値で妥当な所要時間が設定されている	完了日を判断する際、Aのフライス加工の所要時間を空欄のままにしておくことはできない
リソースの適格性	すべての工程に、加工可能なリソースが少なくとも1つある	Bのフライス加工の工程には、その加工ができるリソースが必要
稼働可能状況	シフトとリソースの稼働可否が、実行可能な生産時間と一致している	A に割り当てた時間帯に M が実際に稼働可能でなければならない
作業者	生産モデルに、関連する作業者の稼働状況が反映されている	同じ人が両方に必要な場合、A と B が互いに独立して進められるとは見なせない
資材	必要な資材の利用可否が反映されている	D が空いていても、B は穴あけを開始できない場合がある
優先度と納期	意図する業務上の優先方針と約束した納期が記録されている	B が急ぎの場合、再計算の前にその優先方針が確認できる状態になっている必要がある

SkyPlannerでは、いずれかの工程で加工可能なリソースが 0 件の場合、その作業はスケジュールできません。B のフライス加工の工程に加工可能なリソースがなければ、スケジュールを何度再計算しても、欠けている工順は補われません。まずその工程の加工可否の設定を確認してください。あわせて、B が Unscheduled のままになっていないかも確認してください。これは、スケジュール済みの作業の順序を入れ替える問題とは別の問題です。

Getting Started では、リソース、製品、フローを構築します。フローは、順序付けられた工程、所要時間、リソースの工順を結びつけます。フローに対応した製造品目には、有効な各工程について、0 より大きい所要時間と工順が必要です。生成された Gantt を使ってスケジューリングの品質を評価する前に、これらの基本事項を確認してください。

次に、有限能力スケジューリングを確認します。割り当てた作業には、利用可能な能力が必要です。1 日を通して稼働可能と登録された機械と、特定のシフトの間だけ稼働可能な機械とでは、見えてくる状況が異なります。作業者が共有されている場合は、A と B を並行させる例示のスケジュールでも、その追加の能力確認が必要です。

受注データをスケジューリングモデルにつなぐ

既存の ERP や MES は、受注、製品、生産に関するデータの背景を提供します。SkyPlanner は、オープンな REST API を通じて、あらゆる ERP・MES システムと連携できます。連携の進め方を参照し、関連する生産データがどのようにスケジューラへ届くのか、またどのシステムがそのデータを管理するのかを明確にしてください。

A と B について、工順、所要時間、資材情報、納期の元データがどこにあるのかを取り決めます。ERP の納期が変わったのに計画モデルが以前の納期のままであれば、計画担当者は別の生産上の問いを評価していることになります。データの管理責任と一貫した更新は、視覚的な結果とともに、スケジューリングの評価に含めるべきものです。

スケジューリング手法と、それが目指す目的

スケジューリング手法は、問題のどこまでを考慮するかが異なります。ローカルなディスパッチ手法は、ある基準を使って次に着手可能な工程を選びます。数理最適化モデルは、指定した制約と目的を考慮します。自動生産スケジューラは、スケジューリング計算を、工場で維持管理されている生産モデルと結びつけます。

アプローチ	出発点として有効なもの	検討すべきトレードオフ
先着順	到着順を分かりやすく保つ	先に着手した長い工程が、後から来る急ぎの作業を遅らせることがある
納期が早い順	迫っている納期に注意を向ける	急ぎの作業が、先行する作業や利用できないリソースをまだ待っている場合がある
最短処理時間	着手可能な短い工程を先に進める	顧客との約束が重要でも、長い作業が後回しになることがある
クリティカルレシオ（臨界比）	納期までの時間と残りの処理時間を比較する	この比率には、更新された残作業の見積りが必要
スラック（余裕時間）	納期までの時間から残りの処理時間を引いた値を比較する	スラックが小さいと緊急度は分かるが、リソースの競合は解消されない
数理最適化	メイクスパンなど、定義した目的を探索する	答えは、モデルに含めた制約と目的に左右される
自動生産スケジューリング	維持管理された工順、稼働状況、優先度を使って割り当てを再計算する	入力が誤っていれば、現場の姿も誤って示される

最短処理時間（SPT）には、基本的な単一機械モデルにおいて特定の保証があります。独立した作業が同時に利用可能で、処理時間が既知であり、作業が中断なく進み、順序依存の段取りがない場合、平均フロータイムと平均仕掛在庫を最小化します。この保証は、工順が交差するジョブショップには自動的には当てはまりません。ワシントン大学のジョブショップスケジューリングの講義ノートでは、単一機械での結果と、仕掛在庫を減らす上での SPT の役割が説明されています。

A/B の例では、B の短い穴あけ工程を先に選ぶことは、判断の一部にすぎません。B がフライス加工に到達した時点で、A がまだ使用中の場合があります。計画担当者は、最初の工程の完了時刻だけで順序を判断するのではなく、次の共有リソースまで先を見通す必要があります。

負荷が安定していて単純な場合は、透明性の高いディスパッチ手法が役立つことがあります。工順が交差し、変更が頻繁な場合は、計画担当者には下流への影響を繰り返し評価する手段が必要です。

結果を比較する前に、目的を明確に定めてください。メイクスパンのほかにも、目的には、納期遅れ（作業が納期をどれだけ過ぎて完了するか）やフロータイム（着手可能になってから完了するまでの、待ち時間を含む時間）があります。このグループ全体を早く終わらせたいのか、B の顧客納期を守りたいのか、それとも利用可能な能力でどの約束を果たせるかを知りたいのか。同じ目的と同じ生産入力に対してスケジュールを比較してください。メイクスパンの改善だけでは、この 3 つの問いのすべてには答えられません。

B が急ぎになったり、機械が使えなくなったりすると、何が変わるのか

同じ仮想の例で、B の納期が時刻 2 だとします。上の重なったスケジュールでは、B は時刻 3 に完了します。より早い納期に間に合わせるため、計画担当者は A より先に B にフライス加工を割り当てることができます。

作業	第1工程	第2工程	完了
B	穴あけ D: 0～1	フライス加工 M: 1～2	時刻 2
A	フライス加工 M: 2～4	穴あけ D: 4～5	時刻 5

フライス加工は、B の穴あけが終わった時点で使えるように、0 から 1 までの間あえて待機します。B は例示の納期に間に合いますが、全体の完了は遅くなります。そのため、すべての機械をできるだけ早い時点から稼働させることが、急ぎの受注にとって常に正しい判断とは限りません。

これは優先度のトレードオフです。計画担当者がどの約束を重視するかを決め、A への影響を確認します。SkyPlanner では、事前に設定した優先度が自動スケジューリングの方向性を与え、そのうえで計画担当者が、生産上の目的と利用可能なリソースに照らして Gantt を確認します。

ここで、A に予定されていたフライス加工の時間帯に M が使えなくなったとします。稼働状況を更新すると、どちらの工順も変わっていないのに、A と B の両方で実行可能な選択肢が変わります。実際に加工可能な別の機械があれば、機械の選択が意味を持ちます。なければ、どちらの作業も工順を完了できるようになる前に、不足しているフライス加工の能力に対処する必要があります。

制約となるリソースは、受注の構成によっても変わります。この例ではフライス加工が重なりの制約になっていますが、穴あけの負荷が大きい作業が加わると D の負荷が変わります。生産のボトルネックは、現在の作業負荷に照らして確認してください。先週のスケジュールで最も忙しかった機械だけから、次のボトルネックを推測しないでください。

更新したスケジュールを確認するときは、影響を受けた作業を残りの工程までたどってください。B の場合、穴あけが早く終わっても、そのあとにフライス加工が続けられる場合に限って効果があります。A の場合、穴あけの空き枠が役立つのは、フライス加工が完了してからです。

スプレッドシートから先へ進む前に確認すること

スプレッドシートでも、A と B の工程順、所要時間、リソースの占有状況は表現できます。小規模で安定したモデルであれば、計画担当者は競合を直接確認できます。ただし、1 つの変更によって、依存する多くの工程、リソースカレンダー、顧客の優先度を見直す必要が出てくると、維持管理が難しくなります。

次のツールを評価するには、代表的な生産シナリオを使います。A と B のような交差する工順、急ぎの納期 1 件、稼働状況の変更を含めてください。まず入力モデルを確認し、次にスケジュールを確認します。見栄えのよいタイムラインがあっても、フライス加工の工順の欠落や誤ったシフトの埋め合わせにはなりません。

有効な評価の手順は次のとおりです。

1. 各工程について、先行工程、所要時間、加工可能なリソースを対応付ける。

2. 想定する生産期間について、資材とリソースの稼働状況を確認する。

3. 新しい作業がどのようにスケジュール対象になるのかを、既存作業の再計算とは別に確認する。

4. 判断の基準となる優先度と納期を設定する。

5. Gantt で各作業の進み具合と、共有リソースの負荷を確認する。

6. 入力を変更し、急ぎの受注とそれ以外の作業の両方への影響を確認する。

公開されているEskomatic の受託加工の事例は、運用面で参考になる気づきを示しています。手作業による作業キューは、課題の一部にすぎませんでした。材料の状況を把握しにくかったため、欠品を事前に見通すことも難しくなっていました。Eskomatic は、見やすくなった Gantt の作業キューと、納期の設定を支える自動の負荷スケジューリングについて述べています。同社の場合、これから行う作業と、それを実行するために必要な条件の両方が見えることが重要でした。

ご自身の評価では、この両面を合わせて確認してください。チームがキューを理解できるか、そしてそのキューが、実際に使える材料と生産能力を反映しているかという点です。AとBの例では、BがMを待つ理由を説明できること、そして手元の投入材料でどちらの作業も開始できるかを説明できることが求められます。

SkyPlanner のトライアルを開始して、デモデータや AI 支援の Getting Started をお試しください。デモを予約いただければ、代表的な工順、リソースの稼働可否、優先度の変更を使って、スケジューリングのワークフローが御社の生産にどう当てはまるかをご確認いただけます。

よくある質問

ジョブショップスケジューリングとは何ですか?

ジョブショップスケジューリングは、各作業の工順を守りながら、共有リソース上で各工程をいつ実行するかを決めるものです。その特徴的な難しさは、異なる工順どうしが干渉し合う点にあります。例では、Bは穴あけを終えられても、Aがフライス加工を占有しているため、フライス加工を待つことになります。評価の際は、受注単位の日付だけでなく、工程単位のタイミングを見てください。

ジョブショップスケジューリングとフローショップスケジューリングの違いは何ですか?

フローショップのモデルでは、すべての作業が同じ機械の順序をたどります。ジョブショップのモデルでは、作業ごとに固有の順序が指定されます。AとBがどちらもフライス加工の後に穴あけを必要とするなら、両者はフローショップの工順を共有することになります。この記事では両者の工順が逆であるため、フライス加工のリソースでジョブショップスケジューリング上の競合が生じます。

フレキシブルジョブショップスケジューリングとは何ですか?

フレキシブルジョブショップスケジューリングでは、1つの工程を、加工可能な複数の機械の中から選んで実行できます。ここでの判断には、機械の割り当てとタイミングの両方が含まれます。Bが適合する2台目のフライス加工用リソースを使えるなら、スケジューリングの選択肢が1つ増えます。加工可否は、単に空き時間がある機械ではなく、その工程を実際に実行できる機械を表していなければなりません。

ジョブショップ生産と受注生産は同じものですか?

いいえ。受注生産は顧客の注文をきっかけに生産を始めることを指し、ジョブショップは、異なる工程の工順と共有リソースを軸に作業が組み立てられていることを指します。顧客仕様のAとBは、ジョブショップ型の工順を持つ受注生産の作業である場合があります。一方、受注生産の工場が共通の工順を使うこともあるため、注文という生産のきっかけだけでは、スケジューリング上の構造は決まりません。

ジョブショップのスケジュールにはどのようなデータが必要ですか?

まず、順序付けられた工程、正の値の所要時間、加工可能なリソースを用意し、そのうえで稼働可能時間、作業者、材料、優先度、納期を加えます。SkyPlanner では、加工可能なリソースが1つもない工程があると、その作業はスケジュールされません。Bが Gantt に表示されない場合は、再スケジューリングの結果を評価する前に、工順と最初の配置を確認してください。

生産計画担当者はどのジョブショップスケジューリング手法を使うべきですか?

手法は、目的と変更の頻度に照らして選びます。単純なディスパッチング手法は安定した判断を支えられますが、工順が互いに干渉する場合は、下流のリソースでの競合に注意が必要です。AとBの例では、メイクスパン(全体の完了時間)が短くなるスケジュールと、Bの早い納期を守るスケジュールは異なります。手法を比較するときは、同じ入力と同じ顧客優先度を使ってください。

ジョブショップのスケジュールは Excel で作成できますか?

はい。スプレッドシートでも、工順、所要時間、リソースの使用状況を表すことはできます。ただし、受注日付の重なりだけでなく、工程の順序とリソースの競合も確認できなければなりません。変更が後続の工程に繰り返し影響する場合は、モデルにどれだけの手作業による突き合わせが必要か、また、更新後のリソースの割り当てと完了日を計画担当者が確実に説明できるかを見極めてください。

Reschedule all は Unscheduled タブの作業もスケジュールしますか?

いいえ。Reschedule all は、すでに Gantt に配置されている作業を再計算するもので、Unscheduled タブにある作業は配置しません。AとBの例では、まず配置を確認してください。両方の作業が Gantt に表示されているでしょうか。Bが Unscheduled のままであれば、2つの工順を比較する前に、最初の配置を解決します。こうすることで、作業が見当たらない問題と順序付けの問題を切り分けられ、計画担当者は再計算に実際に含まれる作業を評価できます。