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ある作業者がまだ組立品を締め付けている一方で、次の作業者はそれを待っています。人員も設備も足りているように見えたのに、シフトが終わってみると、ラインの生産目標は未達でした。
ラインバランスを取るとは、作業の順序、使用できるリソース、安全な作業方法を守りながら、必要な生産ペースを満たせるように各ステーションへ要素作業を割り付けることです。目指すのは、現場で無理なく実行できる作業分担です。何が何でも負荷を同じにすることではありません。
適切なラインバランスは、避けられる手待ちや過負荷をなくします。ただし、必要なリソースを確保できる生産計画も欠かせません。SkyPlanner APSは、合意した工程を、能力を考慮した共通のスケジュールに組み込むのに役立ちます。これにより、紙の上ではバランスが取れていても、検査ステーションが別の受注に割り当てられて使えなくなるという競合を、計画上で見落とさずに済みます。
バランスを取る対象は要素作業：設備ごとの作業順序を調整するだけではない
要素作業とは、ハウジングの位置決め、部品の取り付け、確認など、作業を明確な単位に区切ったものです。ラインバランスの検討では、各要素作業をどのステーションで行うかを決め、割り付けた作業を所定の時間内に完了できるかを確認します。
まず、関連する次の3つの考え方を整理しておきましょう。
- タクトタイムは、顧客の需要を満たすために必要な生産ペースを表します。
- ラインバランスは、製品1個に必要な作業を各ステーションに配分するものです。
- 生産スケジューリングは、工場内のほかの作業も含め、実際の受注に伴う工程をリソースと時間に割り当てます。
生産平準化は、これらとはまた異なり、時間の経過に伴う生産量や品種構成の偏りをならすものです。品種構成を変えるとラインを運用しやすくなる場合はありますが、それだけで、処理できる量を超えた作業を抱えるステーションの問題が解消するわけではありません。
これらは連携させて考える必要がありますが、同じものとして扱ってはいけません。設備の作業予定に空き時間があっても、そこへ要素作業を移せるとは限りません。移管先の治具、部品供給、技能、作業の先行関係が、移管に必要な条件を満たしていなければなりません。
1. 作業を移す前に、必要な生産ペースを定める
顧客需要と正味の生産可能時間は、同じ期間の値を使います。
タクトタイム = 正味の生産可能時間 ÷ 必要生産数。
同じ組立作業を繰り返すラインで、シフト当たりの生産可能時間が420分、良品の需要が420個あるとします。タクトタイムは1分、つまり製品当たり60秒です。需要を満たすには、ラインの稼働中、平均してこのペースで良品を完成させる必要があります。
生産可能時間の扱いは統一してください。ラインを停止する休憩など、あらかじめ決まっている非生産時間は除きます。段取り替え、停止時間、品質ロスも、生産能力の前提条件に織り込んでください。ラインバランスの計算がきれいにまとまったからといって、これらのロスがなくなると暗黙に仮定したり、同じロスを二重に差し引いたりしてはいけません。
設計サイクルタイムはタクトタイム以下に設定し、工程で吸収する必要があるばらつきやロスに対応できる余裕を持たせます。タクトタイムは需要から決まる要求値であり、設計サイクルタイムは作業設計で実現を目指すペースです。一方、実測サイクルタイムは、ラインが実際に達成しているペースを示します。
既存ラインでは、何を変更できるかも明確にしておきます。ステーション数や使えるスペースは固定されていますか。工具や治具は移動できますか。特定の工程は、有資格者しか担当できませんか。こうした制約によって、計算上成立するだけでなく、実際に役立つ作業配分が決まります。
2. 要素作業の時間を測り、切り離せない作業を記録する
実際に担当する作業者と一緒に、作業を観察します。作業の始点と終点を明確にし、再配分の検討に使える細かさで要素作業に分けてください。観測ごとに、作業方法、製品の仕様、所要時間、観測時の条件を記録します。
物の取り扱い、歩行、確認、補充が作業者のサイクル内で時間を占めるなら、それらも含めます。足りない締結部品を何度も取りに行く時間は、余力ではありません。最も速かった1サイクルを基準に設計するのではなく、代表的なサイクルを複数回記録してください。
手作業の時間と設備の自動運転時間は分けて扱います。作業者が検査装置に製品をセットした後、検査中に別の作業を行えるなら、その時間は重ねられる場合があります。検査中も付き添う必要があるなら、重ねられません。記録した時間をすべて単純に足すと、作業者の負荷もステーションのサイクルタイムも、実態と異なる値になる可能性があります。
各要素作業について、次の項目を記録します。
- 先行作業：この作業を始める前に、何を終えておく必要があるか。
- 作業可能なステーションと、必要な設備、治具、技能。
- 安全性、人間工学、品質、製品へのアクセスなど、作業の移管に関する制約。
- 作業を分割できるか、ほかの作業と時間を重ねられるか、並列のリソースで実施できるか。
作業の先行関係を、簡単なネットワーク図にまとめます。割付案では、ステーション内の要素作業の順序も含め、その先行関係を守る必要があります。所要時間の組み合わせが都合よくても、一方を完了してからでなければ他方を始められないなら、順序を入れ替えることはできません。
3. 現場の制約を守って作業を再配分する
最初の比較には、作業者ごとの負荷を示す山積み表が役立ちます。各要素作業の時間を作業者ごとに棒状に積み上げ、タクトタイムや設定した設計サイクルタイムと比較します。検討すべきなのは、単にどの棒を短くするかではなく、どの要素作業なら移せるかです。
ここでは、架空の組立作業を例に考えます。3つのステーションに作業者が1人ずつ配置され、要素作業は時間を重ねず、順番に行うものとします。各要素作業の時間には、その中で必要な物の取り扱いも含みます。この簡略化した計算では、追加の搬送や段取り替えはないものとします。
| 要素作業 | 作業内容 | 1個当たりの時間 | 先行作業 |
|---|---|---|---|
| A | ハウジングを準備する | 15秒 | — |
| B | ベースを取り付ける | 20秒 | A |
| C | モジュールを取り付ける | 20秒 | B |
| D | 配線を接続する | 25秒 | C |
| E | ハウジングを閉じて固定する | 25秒 | D |
| F | 組立品を検査する | 25秒 | E |
| G | ラベルを貼って梱包する | 15秒 | F |
総作業時間は製品当たり145秒です。初期の割り付けと、改善案を以下に示します。
| ステーション | 初期の割り付け | 変更前の作業時間 | 見直し後の割り付け | 変更後の作業時間 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | A + B | 35秒 | A + B + C | 55秒 |
| 2 | C + D + E | 70秒 | D + E | 50秒 |
| 3 | F + G | 40秒 | F + G | 40秒 |
初期のステーション2では、60秒ごとに作業を繰り返すことができません。ライン全体で見たステーション当たりの平均作業時間はタクトタイムを下回っていますが、平均値が低くても、過負荷のステーションが解消されるわけではありません。
要素作業Cをステーション1へ移すと、AからGまでの作業順序を維持したまま、すべてのステーションの作業時間が要求値の60秒を下回ります。作業そのものが減ったわけではなく、ステーション3の負荷は依然として軽いままです。3本の棒の高さをそろえるために、無理な作業移管や安全上問題のある移管が必要になるなら、そろえる意味はありません。
この移管が可能なのは、ステーション1でモジュールを正しく取り付けられる場合だけです。必要な部品、工具、スペースがそろい、作業者が必要な訓練を受けていなければなりません。変更後の作業配分を採用する前に、これらを確認してください。モジュールの取り付けにステーション2の固定治具が必要なら、別の改善策を選びます。図の四角形を移しただけで、問題が解決したと考えてはいけません。
最小ステーション数とライン編成効率を計算する
この単純な逐次作業モデルでは、ステーション数の理論上の下限は次の式で求められます。
最小ステーション数 = 総作業時間 ÷ 設計サイクルタイム（小数点以下切り上げ）
設計サイクルタイムが60秒の場合、145 ÷ 60は約2.42となるため、少なくとも3ステーションが必要です。ただし、これは下限を示すものであり、3ステーションへの特定の作業配分が実行可能であることを証明するものではありません。作業の先行関係、分割できない要素作業、設備上の制約によっては、別の構成が必要になります。
変更後の配分では、最も長いステーションの作業時間は55秒です。この例で想定している理想的な定常状態では、この時間がラインで繰り返せる最短のサイクルタイムとなります。ライン編成効率は、一般に次の式で計算します。
ライン編成効率 = 総作業時間 ÷（ステーション数 × ラインのサイクルタイム）× 100
この55秒のサイクルを使うと、145 ÷ (3 × 55) × 100 = 87.9%となります。対応するバランスロスは12.1%です。これは、このサイクル内で各ステーションに確保された時間のうち、作業が割り当てられていない時間の割合を示します。
一方、需要に対応する60秒のペースを基準に配分を評価すると、145 ÷ (3 × 60) × 100 = 80.6%となります。設計案を比較するときは、分母に何を使ったかを明記してください。サイクルタイムを基準とする編成効率と、タクトタイムに対する負荷率は、それぞれ異なる観点を評価する指標です。
どちらの数値もOEEや品質指標ではなく、生産量を保証するものでもありません。実際に確かめるべきなのは、危険な作業、確認漏れ、作業待ちの増加を招かずに、必要なペースで良品を安定して生産できるかどうかです。稼働率を上げるためだけに、需要を超えるペースで生産してもメリットはありません。
4. 作業の移管では解決できない制約を改善する
作業をどう配分し直しても、ラインが設計サイクルタイムに収まらない場合があります。一律に「もっと速く」と指示するのではなく、まず原因を確認してください。
分割できない要素作業がサイクルタイムを超えている。作業方法の改善、要素作業の時間短縮、または並列処理用のリソース追加を検討します。担当する作業者を替えるだけでは、所要時間は変わりません。物理的に並列作業が可能なら、設計の一環として、追加で必要になる工具・治具、人員配置、作業の受け渡しも確認してください。
平均では収まるが、通常のばらつきを吸収できない。部品の置き方や供給方法、調整、手直し、補充、作業方法の不統一など、原因を調べます。理想的なサイクルだけで作業を配分すると、小さなばらつきが繰り返し停止を引き起こすことがあります。実際に遅れを取り戻せる余裕を設け、試行時に検証してください。
製品構成によって作業負荷が変わる。品種ごとに要素作業時間を確認します。加重平均だけでは、手間のかかる製品が数台続くと過負荷になるステーションを見落とすおそれがあります。平均的な製品構成だけでなく、実際に想定される生産順序でも検証してください。負荷を時間的に分散するのに有効であれば、生産平準化を活用します。
複数のステーションで作業者や設備を共用している。それぞれがそのリソースを必要とするタイミングを確認します。2つのステーションがどちらもタクトタイム内に収まっているように見えても、同じ時刻に同じ作業者を必要とする場合があります。共用の試験装置が、別の製品群の処理で使用中になっていることもあります。各ステーションの作業配分は、リソースを実際に利用できる時間に裏付けられていなければなりません。
この最後の問題は、工程設計と工場の生産スケジュールが接する部分です。要素作業の配分は、作業をどのように流すかを定めます。スケジュールでは、同じリソースを使う他の作業との兼ね合いを踏まえ、その流れを実行できる時間枠を確保する必要があります。
5. 合意した作業配分をSkyPlannerの共有スケジュールに反映する
実行可能な作業分担についてチームで合意したら、各工程、所要時間、依存関係を工順に反映します。各工程を実行できるワークステーション、そのシフトと生産能力、さらに生産能力に影響する人員の稼働可能時間を設定してください。
SkyPlannerのスケジューリングAIであるArcturusは、これらの入力情報と設定された優先順位を使い、利用可能なリソースに製造指図の各工程を割り付けます。Ganttタイムラインには作成された作業順序が表示され、能力表示では負荷が集中している箇所を把握できます。資材の利用可能状況を考慮するスケジューリングを有効にすると、部品がそろう時期も作業の実行時期に影響します。
共用の試験装置の例に戻りましょう。ラインバランスの検討によって、試験と梱包が必要なペースに対応できることは確認できています。しかし、予定している生産時間帯には、別の製造指図でもその試験装置が必要です。両方の製造指図を同じ有限能力スケジュールに入れれば、別々のリストで同じ時間枠を重複して確保するのではなく、リソースの競合を把握できます。
そこで初めて、製造指図の優先順位を変える、条件を満たす別のリソースを使う、生産能力を追加する、生産時期を見直すといった、実際に必要な判断ができます。Arcturusは設定されたルールに従ってスケジュールを計算し、各ステーションや部門の作業待ち順序を手作業で整合させる負担を減らします。
ある工程を、条件を満たす複数のワークステーションで実際に分担して実行できる場合、該当する設定を有効にすると、SkyPlannerでその作業を分割して割り付けることもできます。これは、並列処理に適した作業に有効です。製造指図の1つの工程を対応可能なリソース間で分割する判断と、各ステーションにどの組立要素作業を割り当てるかという判断は別です。合意した作業方法とリソースの適合条件を明確にし、意図した生産工程がスケジュールに反映されるようにしてください。
SkyPlannerは、公開REST APIを通じて、あらゆるERPやMESと連携できます。製造指図を管理する既存システムをそのまま使い、全体で調整された生産スケジュールに接続できます。別のスプレッドシートでラインの優先順位を組み直す必要はありません。
計画の共有によってUTUで変わったこと
配電盤や開閉装置を製造するUTUのUlvila工場では、以前は部門別のExcelシートに頼って計画を立てていました。ERPで生産順序を変更しても製造現場に伝わらないことがあり、実際に使える生産能力も把握しにくい状態でした。
UTUはOracle NetSuiteと併せてSkyPlannerを導入し、工場の各ラインと部門の計画を1つのシステムに統合しました。同社のチームは、AIによるスケジューリング、Ganttタイムライン、生産能力の可視化を組み合わせて使える点を評価しています。同社によると、現在は更新された作業順序が数秒でラインの組立担当者に届くようになっています。
この事例は、作業を適切に配分した後にも解決すべきスケジューリング上の課題を示しています。現場の作業者に必要なのは、綿密に検討された作業配分と古い作業待ちリストの組み合わせではなく、最新の作業順序です。
6. ラインで作業配分を検証し、変化に合わせて見直す
代表的な製品、作業者、資材供給条件で、変更後の作業配分を試行します。移管した要素作業だけを計時するのではなく、受け渡し、立ち上げ、共用リソースの使用も含めて、サイクル全体を観察してください。
需要に対する良品生産量、各ステーションのサイクルタイムのばらつき、待ち時間、仕掛品、品質、作業者の意見を確認します。ラインが目標を達成できない場合は、原因が作業配分、不安定な作業方法、欠品、スケジュールの競合のどれにあるのかを明らかにしてください。原因によって必要な対応は異なります。
変更を広く展開する前に、標準作業を更新し、関係する作業者を教育します。需要、製品設計、製品構成、工具・治具、人員配置が変わったら、ラインバランスを再検討してください。生産計画に設定する各工程の所要時間とリソースの利用可能時間も、試行で確認できた実態に合わせて維持します。
合意した工程設計を工場内の他の製造指図と両立させる方法を確認するには、SkyPlannerのデモをご予約ください。1つのラインの工順、各ステーションの作業時間、共用リソースの競合例をご用意ください。これらの情報から全体の整合が取れたスケジュールを作成する流れや、優先順位や生産能力が変わった際の計画の対応を確認できます。まずはご自身で操作してみたい場合は、デモデータでSkyPlannerをお試しください。
Jussi Mäntylä
生産計画スペシャリスト、SkyPlanner
