生産スケジューリング:スケジュールが満たすべき条件とは

前提として、自社の工程は分かっているが、スケジューリングのソフトウェアを買ったことはない読者を想定しています。

実際のラインが満たすべき生産スケジューリングの制約

まず制約から始めます。ソフトウェアの価値は、その制約をどこまで表現できるかで決まるからです。設備は一度に一つの仕事しか流せず、いま流している品目から次の品目へ移る時間は、たいていその二品目の組み合わせによって変わります。淡色から濃色なら拭き取りだけ、濃色から淡色ならパージと清掃が要ります。これが順序依存の段取り替えです。段取り時間は一つの工程の属性ではなく、特定の設備上における工程の組の属性です。同じ色替えでも大型機と小型機ではコストが違い、ラインによっては設備の状態にも左右されます。そしてこれは基幹システムに最も欠けがちな制約であり、ERPから出てきた計画がしばしば順序ではなく並べ替えた一覧に見えるのはそのためです。

次に、一台の設備に紐づかない制約です。多くのラインでは、こちらのほうが段取りマトリクスより強く効きます。金型、治具、試験機は同時に一か所にしか存在できないので、どちらでも流せるはずの二つのセルが同時にはその注文を流せません。有資格の作業者も同じ種類の希少資源です。直に三人いても、その溶接クラスの資格者が一人なら、そのクラスの能力は一です。圧縮空気、炉、クレーンはエリア全体に効くので、個別には収まる二つの仕事が、同時には収まらないことがあります。

材料の手配は、絶対の前提条件であると同時に、確からしさに幅のある入力でもあります。部品が到着するまで注文は着手できませんが、その入荷日はサプライヤの約束であり、サプライヤごとに信頼度が違います。ですからスケジュールは、まだ入っていない納入に依存する注文がどれかを示すべきです。そうすればリスクがリードタイムの中に均されて消えず、計画の上で見えたままになり、材料が来ない朝に初めて気づくということがなくなります。

カレンダーは思われているより多くを背負っています。直体系は工場単位ではなくエリア単位で違います。熱処理は夜通し動くが組立は動かない、金曜日の段取り替えが終業までに終わらなければ、それは二度やることになります。保全枠、休日、年に一度の一斉休業は、設備台帳には存在するが生産には使えない期間です。

さらに、能力とは無関係な工程ルールがあります。硬化、乾燥、冷却、隔離は工程間に最小待ち時間を課し、多くの場合は最大待ち時間も課します。四時間以上硬化させる、二十四時間以内に塗装する、混合した接着剤は可使時間内に使い切る、発錆する前に部品を洗浄する。最小待ちは理解するが最大待ちを理解しないスケジューラは、材料を不良にする計画を黙って出し続けます。仕掛かりのまま放置できない部品があるため連続で流さなければならない工程の組もあれば、需要数ではなく槽の容量に合わせて組むべきバッチもあります。

MRPが誰にも守れない日付を出す理由

MRPは本当に役に立つ仕事をしています。ただしそれはスケジューリングではありません。MRPは需要を部品表で展開し、在庫と残注文で引き当て、品目ごとの固定リードタイムだけ手前にずらし、何をいつごろ作るか買うかを教えてくれます。何千点もの品目に対してそれをやるために、計算が要求したときには必ず能力が空いている、と仮定しています。

この仮定は静かに破綻します。二つの注文がどちらも十時にプレスを使いたければ、MRPは両方をそこに置きます。リードタイムのオフセットは一度決めた数値で、いまとは違う条件下での待ち・加工・運搬の平均であり、段取り替えは考慮されていないか、順序に依存しない一律の余裕としてその中に埋もれています。結果として出てくる計画は算術的には整合していて、物理的には実行不可能です。これは単なる誤りより質が悪い。システム上は正しく見えるからです。

その差を吸収するのは現場です。誰かが手で順序を組み替え、たいていは上手に組み替えます。ただしそれは一人か二人の頭の中にしかない知識で、そのとき計画は参考意見に変わります。計画から派生するものはすべてその誤差を引き継ぎます。客先への回答納期、購買のタイミング、人員配置、営業に伝える能力の数値。計画担当者がこれに対してリードタイムを膨らませて対処すると、その保険は本物ですがコストも本物です。膨らんだリードタイムとは早すぎる着手であり、それは工程間に積み上がる仕掛品になるからです。

その日付を置き換えるExcelは本物の改善ですが、天井があります。それが機能するのは、計画担当者が段取りマトリクスと治工具の競合を頭に入れているからであり、規模が大きくなったとき、その人が休んだとき、そしてこの注文を受けたら何が壊れるかを問われたときに機能しなくなります。

有限能力スケジューリングで何が変わるか

有限能力スケジューリングは問いを裏返します。何も邪魔がなければこの工程はいつ始められるか、ではなく、すでに仕事が載っている設備の上に工程を置いていき、段取り、カレンダー、治工具、先行関係を守った結果として出てくる日付を報告します。日付は入力ではなく出力になります。

その効果は実務的です。設備ごとの順序が明示されるので、段取りマトリクスを使い倒せます。段取りが利用可能能力のうち無視できない割合を占めているなら、相性のよい品目をまとめるだけで、設備投資なしに段取り時間を取り戻せます。それが自社に当てはまるかどうかは、今週中に測れる一つの数字です。そして先に測るべきです。段取り五分のラインで材料に問題を抱えているなら、順序をいじってもほとんど何も戻ってきません。ボトルネックは意見ではなく負荷として見えるようになります。計画が能力で縛られているので、注文を一つ足すと何が押し出されるかが分かり、これが信用できる納期回答を可能にします。

払い出しも変わります。無限能力の計画はオフセットが許す限り早く仕事を出しますが、有限能力の計画は制約工程が受けられるときに出します。これによって仕掛品が減り、不良を作ってから見つけるまでの距離が縮まります。ただしタダではありません。モデルは維持しなければならず、その正直さは中に入っている時間の正直さを超えません。

計画・スケジューリング・差立ては別の仕事

この三つを混同することが、スケジューリングのプロジェクトで誰も使わないものができあがる最大の原因です。計画は週と月で考えます。需要が総量として成り立つか、三月に二直が要るか、サプライヤに何を約束するかに答えます。単位は品目群と週であり、それ以上細かくしても嘘になります。需要そのものが細かくないからです。

スケジューリングは時間と日で考えます。これから数直分について、各設備上の順序と、その順序が意味する段取りに答えるもので、APSという言葉が最も厳密に指しているのはここです。

差立ては分で考えます。停止、初物検査の不合格、届かなかった材料を前提に、このセルの作業者が次に何を始めるかに答えます。これは作業者が実際に見ているもの、つまりMESの端末、作業指示一覧、設備に貼られた順序表に属します。大事なのは、それが作業のすぐ近くにあり、スケジュールから外れることが許されていることです。現実にも一票があるからです。

失敗のパターンは、道具を間違った粒度で使うことです。三週間先まで分単位でスケジュールする、あるいは差立て一覧から能力計画を立てる。もう一つは差立て層での逸脱を禁じることで、これはシステムを邪魔者に変え、必ず迂回されるようにします。

APSに必要なデータ:工順、サイクルタイム、段取り時間

スケジューリングエンジンは、自社のマスタデータに対する計算です。データが飾りなら、出力も自信に満ちた飾りになります。

工順は、代替設備も含めて、その部品が実際にどう作られているかを映していなければなりません。三台で流せる仕事なのに工順が一台しか書いていなければ、スケジューラはそこに仕事を並べ、実在しないボトルネックを報告します。必ず発生している工程、バリ取り、検査、冷却待ちなどが工順から抜けていれば、すべての日付がその分だけ足りません。

サイクルタイムは、引き継ぐのではなく実測しなければなりません。多くのERPの標準時間は稼働開始時に入れたもので、もう存在しない工具と作業者を前提にしています。完璧な時間は要りません。誤差が小さく、かつ偏っていない時間であれば十分です。すべての工程が同じ幅だけ楽観的な工順は、週末には一直分ずれたスケジュールになります。

段取り時間は、最も丸ごと欠けていることが多く、そして最も価値のあるデータです。全品目の組み合わせを網羅したマトリクスを維持できることはまずありません。うまくいくのは、段取りを実際に決めている要因、色、材質、工具、温度、幅などで品目をファミリーにまとめ、ファミリー間の時間を定義し、意味のあるところにだけ例外を置くやり方です。そのファミリー間マトリクスは、工場に一つではなく設備グループごとに持つつもりでいてください。同じ切り替えが二台の設備で同じ時間で済むことは、めったにないからです。

現在の仕掛品は、忘れられがちな部分です。明日のスケジュールは今夜の現場の状態から始まります。何が途中まで進んでいるか、それはどこにあるか、各設備には何が段取りされているか。その状態が終業後に紙の日報から打ち込まれているなら、スケジューラは数時間前に存在した工場を最適化していることになります。

悪いデータは自分から名乗り出ます。一つの設備だけが常に満杯で他が空いているなら、たいてい工順が不自然にそこへ集めています。計画担当者が毎日同じ注文を手で直しているなら、モデルに制約が一つ足りていません。複数の実績が同じ分にまとめて報告されているなら、実績は後からまとめて打ち直されており、着手時刻は作り話です。ここで人はエンジンを調整したくなりますが、原因はほぼ常にマスタデータにあります。

スケジュールをどう評価するか

納期遵守率が最終的に問題になる成果です。ただし社内で直近に引き直した日付ではなく、客先に伝えた日付に対して測ってください。そうしないと、数字だけが良くなって客先の体感は変わりません。

週あたりの総段取り時間は、順序付けが仕事をしているかどうかを測る最も素直な指標で、そのまま能力に換算できます。

仕掛品と流動時間は、払い出しが妥当かどうかを教えてくれます。早めの払い出しで現場を溢れさせて納期遵守率を上げたスケジュールは、問題を通路に移しただけです。

スケジュール遵守率、つまりその直に計画されたもののうち、計画どおりの順序で実際に流れた割合は、その計画が信じられているかどうかの正直な指標です。理論上の数字は優秀でも、現場が昼前に従うのをやめたスケジュールは、ただの書類です。

稼働率は罠です。制約工程ではない設備を動かし続けても、できるのは在庫であってスループットではありません。そしてどこもかしこも能力の上限近くまで積んだラインには、ばらつきを吸収する余地が残っていないので、待ち行列は非線形に伸び、稼働率の数字が良くなるほどリードタイムは悪化します。稼働率は制約工程で見て、それ以外ではほぼ無視してください。

再計画のポリシーとスケジュールのナーバスネス

数秒で組み直せるエンジンは、絶え間ない組み直しを誘います。そこは我慢してください。何かが動くたびに順序が変われば、現場は八時の計画が十時の計画ではないと学習し、妥当そうに見えるものを流すやり方に戻ります。この不安定さをナーバスネスと呼び、これは平凡なスケジュールよりも速く信頼を壊します。

使えるやり方はフローズン期間とポリシーの組み合わせです。その期間の内側では、本当の停止要因がない限り順序は変えません。すでに始めた段取りを無駄にしないためです。その外側では再最適化を許します。目安は、フローズン期間の長さより頻繁には再計画しないこと、そしてその期間の長さを、そのエリアで観測できる二つの事実から決めることです。段取りにどれだけかかるか、本当の停止要因がどれくらいの頻度で来るか。一時間程度の仕事が流れ、ほぼ毎日治工具の取り合いが起きる機械加工職場なら数時間を凍結して毎直組み直し、一週間単位のキャンペーンを流すプロセス工場なら数日を凍結します。いずれにせよ、定時の再計画に加えて、設備故障、未着の納入、特急注文といったイベント起点の再計画を併用します。

このポリシーを機能させるものが二つあります。例外リストを明文化すること。何が凍結を破る理由に当たるのか、誰がそれを承認できるのか。そして実際にスケジュールが変わったとき、監督者がその理由を見られること。説明のない変更は、ソフトウェアが当てにならないという意味に読まれるからです。

APSはERPとMESの隣でどこに座り、誰が何を決めるのか

ERPは商売と材料の世界を持ち、何をいつまでに作らなければならないかの出どころです。APSは順序を持ち、需要と材料をERPから、制約を自前のモデルから、現場の状態を実行系から受け取ります。MESは実行とその記録を持ち、同時にAPSにとってのセンサーでもあります。これがなければスケジューラは現在が見えません。

このループは双方向に回って初めて閉じます。APSからMESへ流れるのがスケジュール、MESからAPSへ返るのが実際に起きたことです。実績を一日一回ファイルで渡すやり方は、明日を計画するには足りていて、今日の午後を組み直すには足りていません。

役割分担は稼働開始前に書き出しておく必要があります。もめる論点は予測できるからです。誰が納期を変えてよいか。誰が段取りマトリクスとサイクルタイムを、どの見直し周期で維持するか。誰がセルで順序を手動変更してよく、その変更は記録されるのか。手持在庫についてERPとスケジューラが食い違ったとき、どちらが正なのか。これらを暗黙のままにしておくことが、技術的には問題のない導入が止まる典型的な理由です。

中身のある評価のやり方

ベンダーのデータによるデモは、そのソフトウェアが動くことしか証明しません。代わりに自社の工場で評価してください。範囲を絞れば、この作業は安上がりです。

工場全体ではなく、本物の制約がある一エリア、無視できない段取り、共用の治工具、競合する注文があるところを一つ選び、何が流れて何が遅れたかを把握している過去四週から八週の期間を取ります。候補製品には、テスト用に整えた版ではなく、今日時点のマスタデータをそのまま渡してください。自社のデータの状態そのものが、測っている対象の一つだからです。

そのうえで、その期間のスケジュールを再現させ、比較します。そのモデルは自社の制約を表現できるか、それとも厄介な制約は単純化して落とせと言ってくるか。工程に貯蔵寿命や可使時間があるなら、最小待ちだけでなく最大待ちも扱えるか。その順序が使う段取り時間は、実際に使った時間と比べてどうか、そして実際に遅れた注文について何と言うか。次に、効いてくるシナリオを回します。ボトルネックが二日止まる、週の半ばに特急注文が入る、納入が一週間遅れる。

そして計画担当者を半日、その前に座らせてください。問うべきはエンジンが賢いかどうかではなく、なぜその判断をしたのかを人が見て取れるか、道具と喧嘩せずに直せるかどうかです。誰も異議を唱えられないスケジューラは、誰も使わないスケジューラです。品目、設備、段取り時間が変わったとき、モデルの維持にどれだけの手間がかかり、何か所を直すことになるのかを聞いてください。たいていのスケジュールが劣化するのは、エンジンが間違っていたからではなく、プロジェクトが終わったあと誰もモデルを持たなかったからです。

Meta Smart Factoryはどこに入るか

Meta Smart FactoryのAPSモジュールとMRPモジュールは、ここでいう有限能力の部分を担います。制約モデルは順序依存の段取り替え、共用治工具、作業者の資格、エリア別の直カレンダーをカバーし、上に挙げた混乱に対するシナリオ実行も備えています。MESモジュールと同じプラットフォーム上にあるため、実行系とスケジューラの間に夜間のファイル受け渡しがありません。したがって現場の状態は、実績報告ポイントの置き方と作業者の報告規律が許すかぎり最新です。これは細部ではなく条件です。実績の半分が休憩時間にまとめて入力され、手作業の組立工程に読み取りポイントがないなら、アーキテクチャは助けてくれません。そのポイントをどこに置くかを決めるのは導入作業そのものであって、導入の副産物ではありません。注文、部品表、実績についてのERPとの接続も同じ作業の一部です。

これがうまくいくかどうかを決める部分は、こちらが用意できるものではありません。実測されたサイクルタイム、誰かが責任を持って維持する段取りマトリクス、実際の作り方と一致した工順、そして文書化された再計画ポリシーです。まだ着手して間もないなら、有効な第一歩はデモではなく、上で述べた過去実績との比較を、制約のある一エリアについて、いまあるままのデータで行うことです。