目次
- なぜ並行作業によるスループット向上が求められるのか
- 並行作業シミュレーションの基礎概念
- Plant Simulationによる並行作業の可視化と分析
- 従来型ライン設計との比較：Plant Simulation導入のメリット・デメリット
- 3Dアニメーション連携とProcess Simulateの活用可能性
- 実践ステップ：Plant Simulationでスループット向上を成功させるポイント
- 開発例：FAプロダクツが支援するシミュレーション活用プロジェクト
- まとめ
なぜ並行作業によるスループット向上が求められるのか
(1) 多品種少量生産と短納期への対応
グローバル競争が激化するなかで、製造業は多品種少量生産や短納期に対応しなければならなくなっています。単純に大量生産ラインを組むだけでは柔軟に変更しづらく、納期遅延や在庫過剰のリスクが高まるばかりです。そこで、多種多様な製品を効率よく作るために、並行作業による高速化・高効率化が求められています。
(2) ラインバランスの最適化
複数の作業や工程を直列に並べるだけでは、ボトルネック工程が発生しやすく、スループットを頭打ちにしてしまいます。並行作業を取り入れることで、作業時間や人員配置を調整し、ライン全体の稼働率を最大化することが可能になります。ただし、その設計は複雑化しやすく、シミュレーションによる検証が重要になってきます。
(3) 投資対効果と人材不足の解消
生産ラインに多大な投資を行うからには、投資対効果（ROI）をしっかり把握したいのが企業の本音です。また、少子高齢化や若手技術者不足の問題もあり、限られた人員で高い生産性を保つ必要があります。並行作業で自動化やロボットティーチングを活用すれば、人手不足の課題を緩和しつつスループットを向上させられます。
並行作業シミュレーションの基礎概念
(1) 並行作業の定義
「並行作業」は、複数の作業や工程を同時進行させる仕組みです。例えば、A工程とB工程を連続的に行うのではなく、A工程とB工程を別ライン・別人員で同時並行させて生産時間を短縮します。製品が一部作業を終えたタイミングで次の工程を別の場所で始める形など、多様なアレンジが可能です。
(2) タクトタイム短縮と稼働率向上
並行作業では、単位時間あたりに処理できるワーク数やバッチサイズが増加し、タクトを短縮できます。同時に、ラインが閑散とする工程待ちが減少し、稼働率を高い水準で保てるため、総生産量が向上します。
(3) 相互干渉と制約条件
一方で、並行作業では各工程が相互に干渉する場合があります。例えば、同じ治具を使用する工程が複数存在すると、治具の取り合いが発生し、思いがけない待ち時間が生じる可能性があります。また、作業者が共通の場合、作業者負荷が偏り、時間外労働が増えるリスクもあり、設計・管理が重要です。
Plant Simulationによる並行作業の可視化と分析
(1) Plant Simulationの概要
Plant Simulationは、シーメンス（Siemens）のTecnomatix の一部であるシミュレーションソフトで、離散事象シミュレーションを得意とします。工場内の各設備やコンベヤ、作業者などをオブジェクト化して、工程や在庫、搬送を2D・3Dで可視化し、稼働率やスループットを解析できます。
(2) 並行作業モデルの構築
Plant Simulationでは、工程ごとに必要な時間やリソースを定義した上で、並行稼働するラインや工程を設定可能です。以下の要素をモデル化し、リアルに検証します。
- 作業者数とスキルセット
- 機械設備の稼働条件
- 治具やロボットなどの汎用装置
- 在庫保管エリアと搬送ルート
(3) シナリオ比較と最適化
複数のレイアウトや人員配置案をシナリオとして登録し、シミュレーションを実行。稼働率やサイクルタイム、在庫水準など、スループット向上のためのKPIを自動比較し、最も効率的な並行作業パターンを探索します。例として、工程A・Bを並行化する場合と直列にする場合の差異などが一目瞭然です。
従来型ライン設計との比較：Plant Simulation導入のメリット・デメリット
| 項目 | 従来型ライン設計 | Plant Simulationを導入したライン設計 |
|---|---|---|
| 構造 | 工程を順番に直列接続 単一フローで作業 | 複数工程を同時進行 モジュール化された装置や作業ステーション |
| タクトタイム | 工程が一つでも遅いと全体が遅れる ボトルネックが顕在化 | 工程負荷を分散でき 全体タクトを短縮 柔軟性が高い |
| 人員配置 | シンプル 工程ごとに特化した作業者配置 | 多能工化前提 作業者が複数工程を並行担当 配置計画がやや複雑 |
| 投資費用 | 大規模設備を直列に導入 初期コストはやや低めだが 稼働効率に限界 | 同時稼働に対応した装置・ロボット設計 初期投資は高めだが 長期的な費用対効果が大 |
| 柔軟性と拡張性 | 品目追加や変更に弱い 段取り替えが大きな負担 | 設備モジュールを切替・追加しやすい ライン拡張が容易 |
3Dアニメーション連携とProcess Simulateの活用可能性
(1) ビジュアル化で合意形成を促進
3Dアニメーションで並行作業の稼働シーンを再現し、経営層や現場スタッフに直感的に理解してもらう手法が効果的。SiemensのProcess Simulateと連携すれば、ロボット動作や治具交換なども3Dで詳細に可視化でき、社内合意をスムーズに進められます。
(2) 干渉チェックと安全対策
複数の作業やロボットを並行稼働させる場合、治具干渉や人との動線衝突など安全面の検証が不可欠。Process Simulateの干渉チェック機能を使うことで、無駄なスペースを削りつつ安全余裕を確保し、設計ミスによる手戻りを減らせます。
実践ステップ：Plant Simulationでスループット向上を成功させるポイント
(1) 現場データ収集と工程分析
まずは現行ラインの稼働データを収集し、どの工程がボトルネックか、どの作業を並行化すればタクト短縮に効果的かを把握します。作業時間や搬送距離など、定量情報をシミュレーションモデルに取り込むための準備が大切です。
(2) 目的に合わせたモデル精度
2Dシミュレーションだけでも工程負荷のタクト分析や在庫推移は把握可能。一方、ロボット動作や干渉を詳細に検証したいなら3Dが必要。どこまでモデル精度を高めるかは、投資コストやプロジェクト期限との兼ね合いで決定します。
(3) シナリオ比較と結果評価
並行作業を導入するにあたって、複数のレイアウト案や人員配置案を用意し、シミュレーションで稼働率やコストを比較します。最適案を導出した後、現場の声を反映して微調整を繰り返すことが成功の鍵です。
(4) 導入フェーズでの社内合意
3Dアニメーションを活用し、経営層や現場担当者が納得できるビジュアル資料を作成。安全性や費用対効果、段取り負荷などを明確化し、関係者がスムーズに合意に至るようプレゼンを行います。
(5) 運用と持続的改善
実際に並行作業ラインを稼働開始したら、MES導入で実績データを収集し、シミュレーションモデルとのギャップを埋めるPDCAサイクルを回します。必要に応じて技術者派遣を活用し、FA装置のメンテナンスや再レイアウトも随時検討します。
開発例：FAプロダクツが支援するシミュレーション活用プロジェクト
以下は開発例として、FAプロダクツが並行作業シミュレーションを支援する形をイメージで紹介します。
(1) ケース概要
- 業種：電装品組立ライン
- 課題：多品種対応を増やした結果、ラインの段取り替え頻度が上がり、稼働率が大幅低下。並行作業で高速化を図りたいが、レイアウト変更にリスクがある。
(2) ステップ1：現場ヒアリングとモデリング FAプロダクツのエンジニアが作業時間や動線、ワークサイズなどを調査し、Plant Simulationにて並行作業を想定したラインモデルを構築。従来の直列工程と並行化案を複数設定し、シミュレーションを実行。
(3) ステップ2：シナリオ評価と選定
- シナリオA：2並列工程で作業者3名配置
- シナリオB：3並列工程で作業者4名配置
- 在庫推移、タクトタイム、稼働率を比較した結果、シナリオBが年間コストと生産量のバランスが最も優位と判明。
(4) ステップ3：社内合意と実装
- 3Dアニメーションでロボットと手作業者の並行稼働イメージを可視化し、経営層と現場担当者の合意を獲得
- FA装置の開発・改造で新規並行ラインを設置
- 稼働開始後、段取り替え時間が50％減少し、月間生産量が20％増加
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まとめ
生産ラインのスループットを上げるには、並行作業を活用したライン設計が効果的ですが、その設計は複雑で手戻りリスクも大きくなりがちです。そこで、Plant Simulationのようなシミュレーションツールを活用して工程を可視化し、複数シナリオを比較検証することで、最適な並行作業を見出すことができます。
また、3Dアニメーションとの連携によって、社内合意形成がスムーズに進み、大規模なレイアウト変更やFA装置のメンテナンス・FA装置の開発・改造のコストを最小限に抑えられます。多品種少量生産が常態化するなか、ライン稼働率を最大化しながら柔軟な生産対応を可能にするためにも、並行作業シミュレーションの導入を検討してみてはいかがでしょうか。
FAプロダクツでは、シミュレーション技術を活用したライン最適化から、ロボットティーチングや画像処理の検証など、トータルソリューションを提供しています。並行作業とシミュレーションを組み合わせた効率的なライン設計で、御社の生産性アップと競争力強化につながるご提案が可能です。ぜひご相談ください。
