OKIとOKIデータ、製造現場の最適化実問題に量子コンピューターを適用

昨今の労働人口減少に伴い、製造業でも人手不足が慢性化しており、製造現場の生産性向上は製造コストにも直結する、深刻かつ喫緊の社会課題となっている。

OKIグループのプリンター事業会社である株式会社沖データ(以下、OKIデータ)のLED統括工場では、製造工程の異なる複数の製品を、数十~数百台におよぶ多種類の半導体製造装置を共用し、装置間を作業員が移動して製造することから、生産性向上のためには、装置の配置を最適化し、作業員の移動距離(以下、動線)をできるだけ短くする必要がある。

しかしながら、装置の台数および種類が多くなると、その組み合わせのパターン数は爆発的に増加し、今回検討の対象としたケースでも、10の100乗を優に超える。また、装置の設置場所や重複する装置の選択方法など、複雑な制約条件も考慮しなくてはならず、スーパーコンピューターのような高性能な従来型コンピューターを用いても、そのすべてを計算して最適な装置配置を算出することは現実的には不可能だった。

今回、沖電気工業株式会社(以下、OKI)とOKIデータは、OKIデータのLED統括工場において、D-Waveの提供する量子コンピューター(※)を活用して製造ラインにおける半導体製造装置の最適配置を算出した。その結果、作業員の移動距離を平均28%短縮する結果を得ることに成功した。

量子コンピューターは、従来のコンピューターに比べて計算能力を持つと期待されており、日本でも量子コンピューターを含む量子技術を重要な基盤技術として位置づけ、研究開発を推進している。このような中、2014年にカナダのD-Waveが量子アニーラと呼ばれる組み合わせ最適化問題に特化した量子コンピューターの商用リモートアクセスサービスを開始したことで、実用化への期待が一気に高まった。

OKIとOKIデータは、D-Waveの提供する量子アニーラを用いて、この最適配置に取り組んだ。このテーマへの量子アニーラの適用は、研究的な視点からは、算出した最適配置の効果を定量的に観測しやすいという利点があるが、問題を効率的に解くためには、量子アニーラと製造現場の両者の制約条件に適した新しいアルゴリズムが必要であり、製造現場の実態を知悉したメンバーの参加が不可欠だった。

このため、LED統括工場のメンバーも参加して、製造工程および製造数の異なる製品2種を同一工場内で製造するときの条件をモデル化し、計算アルゴリズムを独自設計することに成功した。この新しいアルゴリズムを用いて量子アニーラにより最適な装置配置を計算したところ、従来の装置配置と比較して、平均28%の動線短縮を実現する結果を得ることができた。同結果は量子アニーラを実際の工場の装置の最適配置に適用した事例となる。

OKIおよびOKIデータは、今回の結果をさらに精緻化したうえで、LED統括工場の生産性向上に適用する予定だ。

※ 量子力学的な状態(0と1の重ね合わせ)を情報処理の単位(量子ビット)として利用するコンピューターの総称。汎用的な演算が可能なゲート型と、組み合わせ最適化問題に特化したアニーリング型に分類できる。

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