JP2004127178A

JP2004127178A - 設備計画最適化方法及び装置

Info

Publication number: JP2004127178A
Application number: JP2002293942A
Authority: JP
Inventors: Tatsuyuki Asakura; 朝倉　立行; Kaoru Fujita; 藤田　薫
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】石油化学プラントなどの生産プラントやこれら設備に蒸気、電力などを供給する用役設備などを備えた諸設備に対し、いずれかの設備を廃棄、新設する際にどの設備を対象とし、その時期をいつにすればよいのかの判断を、人の勘と経験により決定するのではなく、短時間に合理的に客観的データに基づいて決定でき、設備費用を最小限とし得る設備計画最適化方法及び装置を得る。
【解決手段】設備計画最適化方法では、生産設備及び用役設備の各設備に対し、対象設備設定部１１とコストデータ入力部１２Ａと諸元データ入力部１２Ｂからのデータに基づいて、基礎モデル定義部１３で定式化された変動量について固定量を加え、かつ各設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を介して総和を求め、計算対象の全ての期間の総費用の和が最小となる状況を求めて廃棄、新設する設備、年度を決定するようにしたのである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のプラント類やボイラ、タービン、発電機等を含む各種設備を有する工場等の設備計画の最適化を図る方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種材料、部品を用いて種々の製品を生産又は組立てる生産工場を有する企業では、それぞれの工場内に各種プラントや、それぞれのプラントを稼働させるのに必要な電力や蒸気を送るためのボイラ、タービン、発電機のユーティリテイの設備が設置され、生産又は組立てられる製品の需要と供給のバランスを図りながら最も効率的な生産となるような生産計画に基づいて各プラントや設備を稼働させるという対策を採るのが一般的である。このようなプラントや設備は、建設された初年度にはその建設費の一定部分がコストに含まれるため生産コストが大きくなるが、複数年に亘り生産が継続されると原価償却により生産コストも下がり利益率も一般的には向上する。
【０００３】
一方、建設された設備は複数年に亘って生産を継続すれば老朽化して生産効率が低下し、設備の維持をするための維持費用が増大する。又、プラントを含む設備の機能について新しい設備又は新しい方式の設備が利用できるようになった場合、効率の悪い既設の設備より新設備に切り替えた方が生産効率が大きく改善され、生産コストを最小にして生産の最適化を図り得る場合がある。このような状態の変化が予想されるにも拘らず、設備の廃棄、新設は設備の管理者等の勘と経験により決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、設備の廃棄、新設をどの時期にどの設備について行なうかを人の勘と経験により適切に判断することは極めて困難であり、しかも判断の誤り、遅れは生産コストに大きく影響する。このような判断の困難性は、プラントやユーティリテイ設備の種類、台数が多数であればある程、１つずつのプラント又は設備の廃棄、新設の影響がシステム全体に対してコスト的にどのように影響するのかを、システムの複雑さのために明確に捉えることができないからである。
【０００５】
この発明の課題は、上記の問題に留意して、石油化学プラントなどの生産プラントやこれら設備に蒸気、電力などを供給する用役設備などを備えた諸設備に対し、いずれかの設備を廃棄、新設する際にどの設備を対象とし、その時期をいつにすればよいのかの判断を、人の勘と経験により決定するのではなく、短時間に合理的に客観的データに基づいて決定でき、設備費用を最小限とし得る設備計画最適化方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、各種製品を生産する、又は組立てる設備及びこれら設備に必要な蒸気、電力等を供給する設備を備えた諸設備に対し、各設備で使用される原料、部品、燃料量、蒸気量、あるいは電力量を各量を表わす関係式及びマテリアルバランス式を介して算出し、上記の各購入量に単位コストを乗じて原料費と用役費を含む変動費を算出し、各設備の変動費と固定費を各設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を介して算出し、変動費と固定費の対象の計算期間にわたる総和が最小となる状況を求めて、廃棄、新設する設備、及び年度を決定することから成る設備計画最適化方法としたのである。
【０００７】
上記の方法を実施する装置として、各種製品を生産する、又は組立てる設備及びこれら設備に必要な蒸気、電力等を供給する設備を備えた諸設備のそれぞれを表わす識別符号や各設備の廃棄、新設及びその年度についてのデータが入力され、記憶される対象設備設定部と、各設備の生産原料、部品、燃料、蒸気、電力についての購入単位コストや各設備の固定費データが入力され、記憶されるコストデータ入力部と、生産又は組立てされる製品と原料又は部品、燃料と蒸気量、蒸気量と電力などの物量と物量の関係式、及びマテリアルバランスを定義する諸元データ入力部と、コストデータ入力部と諸元データ入力部より入力されたデータより基礎モデルを定義し、基礎モデルの変動費を数理計画問題として定式化する基礎モデル定義部と、対象設備設定部及びコストデータ入力部からの情報に基づいて原料費、又は部品費、及び燃料費、購入電力費などの変動費、及び各設備の固定費について基礎モデル定義部で定式化された関係式、固定費計算式に対し設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を導入して設備モデルの廃棄、新設、稼働の関係を数理計画問題として定式化する設備モデル定義部と、基礎モデル定義部及び設備モデル定義部でそれぞれ数式化された関係式及び固定量計算式に論理変数を導入した設備モデルに対し、対象設備設定部及びコストデータ入力部から各設備に対する廃棄、新設、稼働の情報を入力して設備全体の変動費と固定費の合計が最小となるように廃棄、又は新設すべき対象設備及びその時期を決定する最適化計算部と、決定された対象設備及び時期を表示又はプリントする出力部とを備えて成る設備計画最適化装置を採用することができる。
【０００８】
上記の構成としたこの発明の設備計画最適化方法及び装置によれば、原料又は部品とその生産、組立に必要な燃料量、購入電力量に掛かる原料費と用役費を含む変動費と各設備の固定費とをこれらに各設備の廃棄、新設、稼働の状態を表わす論理変数を導入して算出し、変動費と固定費の対象の計算期間の総和が最小となる状況を求めることにより、廃棄、新設する設備、及び年度を決定することができる。
【０００９】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は実施形態の設備計画最適化方法を実行する装置の概略ブロック図を示す。図示の設備計画最適化装置１０は、入力装置、記憶装置、演算装置、出力装置等から成るコンピュータを用いて構成される。対象設備設定部１１、コストデータ入力部１２Ａ、諸元データ入力部１２Ｂ、キーボード等の入力手段と記憶装置から成り、基礎モデル定義部１３、設備モデル定義部１４、最適化計算部１５は記憶装置と演算装置により構成され、出力部１６は画面表示装置、プリンタ等の出力装置から成る。この設備計画最適化装置１０を説明する前に、設備計画最適化方法を適用する対象の生産設備の一例を図４に示し、簡単に説明する。
【００１０】
図示（図４）の生産設備は、生産プラントを備えた生産モデルと、ボイラタービン等を備えた用役モデルとから成り、生産モデルとして複数の生産プラントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが設置され、これらプラントに対し、蒸気、電力等を供給する用役モデルの例として、ボイラＢ_１、Ｂ_２、タービンＴ_１、Ｔ_２……Ｔ_６、発電機Ｇ_１、Ｇ_２……Ｇ_６等が設けられている。図示の設備ではボイラＢ_１、Ｂ_２で１２０ｋ（ｋｇ重／ｃｍ^２）の高圧蒸気を発生させ、この高圧蒸気をタービンＴ_１、Ｔ_２へ送り発電機Ｇ_１、Ｇ_２で電力を発電すると共に、タービンＴ_１、Ｔ_２の多段圧縮過程で生じる中低圧蒸気（３０ｋ、１０ｋ、５ｋ、１ｋ）をタービンＴ_３、Ｔ_４、Ｔ_５、Ｔ_６へ送り、それぞれの蒸気により発電機Ｇ_３〜Ｇ_６で発電し、これら発電機Ｇ_１〜Ｇ_６による電力と中低圧蒸気がプラントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄへ送られる。
【００１１】
プラントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、例えば石油化学プラント、石油精製プラント、あるいはこれらの混合プラントであり、これらプラントでは原料Ｍ_ＡからプラントＡで製品Ｑ_Ａ、原料Ｍ_ＢからプラントＢで製品Ｑ_Ｂ、原料Ｍ_ＣからプラントＣで製品Ｑ_Ｃ、この中間製品Ｑ_Ｃを原料としてプラントＤで製品Ｑ_Ｄをそれぞれ生産するように設けられている。なお、用役モデルのボイラＢ_１、Ｂ_２へは水、燃料が外部より供給され、ボイラＢ_１、Ｂ_２、タービンＴ_１〜Ｔ_２を駆動するのに必要な付帯設備への電力は外部並びにタービンＴ_１〜Ｔ_６より給電される。
【００１２】
一例として示した上記の設備を対象とする図１に示す設備計画最適化装置１０の対象設備設定部１１は、設備計画の対象となるプラント、ボイラ、タービン等を含む各設備を表わす識別符号や各設備の廃棄、新設及びその年度についてのデータが入力され、記憶され、コストデータ入力部１２Ａは、各プラントの生産原料、ボイラ、タービンの燃料、購入電力について単位コストや各設備の固定費のデータが入力され、記憶される。
【００１３】
又、諸元データ入力部１２Ｂは、生産される製品と原料、供給される燃料と発生する蒸気量、蒸気量と電力などプラント、ボイラ、タービンにおける物量と物量の関係式及びマテリアルバランスを定義するための諸元データが入力され、記憶される。そして、基礎モデル定義部１３は、コストデータ入力部１２Ａから入力されたデータと、諸元データ入力部１２Ｂより定義されたデータにより対象設備の基礎モデルを定義し、基礎モデルの変動費を数理計画問題として定式化する。
設備モデル定義部１４は、対象設備設定部１１、コストデータ入力部１２Ａからの情報に基づいて原料費、燃料費、購入電力費などの変動費、及び各設備の固定費について基礎モデル定義部で定式化された関係式、固定費計算式に対し設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を導入して設備モデルの廃棄、新設、稼働の関係を数理計画問題として定式化する。
【００１４】
さらに、最適化計算部１５は、基礎モデル定義部１３及び設備モデル定義部１４でそれぞれ数式化された関数式及び固定費計算式に論理変数を導入した設備モデルに対し、対象設備設定部１１及びコストデータ入力部１２Ａから各設備に対する廃棄、新設、稼働の情報を入力して設備全体の設備計画を数理計画問題として計算を実行し、変動費と設備費用の合計が最小となるように廃棄、又は新設すべき対象設備及びその時期を決定する。出力部１６は、決定された対象設備及び時期を表示又はプリントする。
【００１５】
以上のような構成の装置の詳細について、以下さらに各構成部１１〜１６の具体的内容を説明する。基礎モデル定義部１３において定義される基礎モデルとは次の通りである。まず、基礎モデルとは、実際に投入される物量から生産され、発生され、あるいは組立てられる物量との間の物量と物量との関係式、及び投入される物量とコストとの間の関係式で定義される対象設備を言う。図示の例では、
（１）生産モデル
（２）用役モデル
を例として挙げている。なお、（１）生産モデルに代えて（３）組立モデルを採用することもできる。以下では主として生産モデルの場合について説明する。
【００１６】
この場合、各モデルにおける設備、物量、コストについては具体的には次の通りである。

【００１７】
具体的に各モデルにおける物量と物量の関係を関係式で表わすと次のように表現できる。
（１）プラント
Ｑ＝ａ・Ｍ＋ｂ　……　一般式
但し、Ｍｍｉｎ≦Ｍ≦Ｍｍａｘ
上式はあるプラントで原料Ｍを投入され、製品Ｑが生産された場合にこの関係式を線型と仮定した場合の一般式である。ａ、ｂは定数である。
上記一般式は用役モデルについても同様に成立する。
（２）−１ボイラ
Ｓ＝ｇ（Ｆ）　……　一般式
ここで、Ｆ：ボイラで使用される燃料の量
Ｓ：ボイラで発生する蒸気量
独立変数Ｆに対して発生する蒸気量Ｓは、上記一般式では関数式ｇ（Ｆ）で表わされるが、この関数式が線形の場合、上記一般式は
Ｓ＝ａ・Ｆ＋ｂ
となる。但し、Ｆｍｉｎ≦Ｆ≦Ｆｍａｘ
（２）−２タービン、発電機
Ｆ_１＝Ｆ_２＋Ｆ_３　……　一般式
但し、Ｆ_１ｍｉｎ≦Ｆ_１≦Ｆ_１ｍａｘ
Ｆ_２ｍｉｎ≦Ｆ_２≦Ｆ_２ｍａｘ
Ｆ_３ｍｉｎ≦Ｆ_３≦Ｆ_３ｍａｘ
ここでＦ_ｉ：タービンに入る（ｉ＝１）／出る蒸気種ｉ（ｉ＝２、３）の流量である。
又、タービンにより駆動される発電機で発電される電力量ＥＬは、次のように表わされる。
ＥＬ＝ｆ（Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３）　……　一般式
一般式ではＦ_１、Ｆ_２、Ｆ_３を独立変数として電力量ＥＬは上記関数式ｆで表わされるが、この関数式ｆが線形の場合、上式は次のように表わされる。
ＥＬ＝ａ_１・Ｆ_１−ａ_２・Ｆ_２−ａ_３・Ｆ_３＋ｂ
但し、ａ_１〜ａ_３、ｂは各タービンに特有な定数である。
【００１８】
以上の関数式は、図４の対象設備における生産プラントＡ〜Ｄ、ボイラＢ_１、Ｂ_２、タービンＴ_１〜Ｔ_６、発電機Ｇ_１〜Ｇ_６に対して適用され、それぞれ個別の関係式により設備全体を基礎モデルとして設定される。それぞれの関数式を各設備に適用する場合は次のように表わされる。
【００１９】
（１）プラントＡ〜Ｄ
Ｑ_Ａ＝ａ_Ａ・Ｍ_Ａ＋ｂ_Ａ、　Ｍ_Ａｍｉｎ≦Ｍ_Ａ≦Ｍ_Ａｍａｘ
Ｑ_Ｂ＝ａ_Ｂ・Ｍ_Ｂ＋ｂ_Ｂ、　Ｍ_Ｂｍｉｎ≦Ｍ_Ｂ≦Ｍ_Ｂｍａｘ
Ｑ_Ｃ＝ａ_Ｃ・Ｍ_Ｃ＋ｂ_Ｃ、　Ｍ_Ｃｍｉｎ≦Ｍ_Ｃ≦Ｍ_Ｃｍａｘ
Ｑ_Ｄ＝ａ_Ｄ・Ｍ_Ｄ＋ｂ_Ｄ、　Ｍ_Ｄｍｉｎ≦Ｍ_Ｄ≦Ｍ_Ｄｍａｘ
（２）−１ボイラ
Ｓ_１＝ａ_１・Ｆ_１＋ｂ、　Ｆ_１ｍｉｎ≦Ｆ_１≦Ｆ_１ｍａｘ
Ｓ_２＝ａ_２・Ｆ_２＋ｂ、　Ｆ_２ｍｉｎ≦Ｆ_２≦Ｆ_２ｍａｘ
（２）−２タービン、発電機
ＥＬ_１＝ａ_１１・Ｆ_１１−ａ_１２・Ｆ_１２−ａ_１３・Ｆ_１３＋ｂ
ＥＬ_２＝ａ_２１・Ｆ_２１−ａ_２２・Ｆ_２２−ａ_２３・Ｆ_２３＋ｂ
ＥＬ_３＝ａ_３１・Ｆ_３１−ａ_３２・Ｆ_３２−ａ_３３・Ｆ_３３＋ｂ
ＥＬ_４＝ａ_４１・Ｆ_４１−ａ_４２・Ｆ_４２−ａ_４３・Ｆ_４３＋ｂ
ＥＬ_５＝ａ_５１・Ｆ_５１−ａ_５２・Ｆ_５２−ａ_５３・Ｆ_５３＋ｂ
ＥＬ_６＝ａ_６１・Ｆ_６１−ａ_６２・Ｆ_６２−ａ_６３・Ｆ_６３＋ｂ
但し、Ｆ_ｉ１ｍｉｎ≦Ｆ_ｉ１≦Ｆ_ｉ１ｍａｘ
Ｆ_ｉ２ｍｉｎ≦Ｆ_ｉ２≦Ｆ_ｉ２ｍａｘ
Ｆ_ｉ３ｍｉｎ≦Ｆ_ｉ３≦Ｆ_ｉ３ｍａｘ　　　　（ｉ＝１〜６）
次に、上記関係式で表わされている各物量と物量の関係における蒸気と電力に関する需要と供給のバランス式は次の通りである。
【００２０】
（イ）蒸気種ｊのバランス式
【数１】

である。即ち、上式は設備全体での蒸気種ｊの供給量＝需要量の関係を示している。
【００２１】
（ロ）電力のバランス式
【数２】

但し、ボイラに関する発蒸量であるＳＳ_ｋと消費電力Ｃ_ｋは次式で表わされる。
Ｃ_ｋ＝α_ｋ・ＳＳ_ｋ＋β_ｋ（α_ｋ、β_ｋは定数）
又、タービンｉでの蒸気流Ｓ_ｉ、_ｊと発電量Ｐ_ｉは次式で表わされる。
Ｐ_ｉ＝Σａ_ｉ、_ｊ・Ｓ_ｉ、_ｊ＋ｂ_ｉ
但し、Ｓ_ｉ、_ｊはタービンｉの流入／抽気の蒸気量（変数）、ｊは蒸気の圧力の種類を示す（例１２０ｋ、３０ｋなど）。
上記第一式は、設備全体での電力の需要量＝供給量の関係を示している。
【００２２】
以上の物量の関係式により原料Ｍ、蒸気量Ｆ、電力ＥＬを蒸気、電力のバランス式の制約条件に基づいて求めることができる。そして、各物量の単位コストが与えられるとすると、各物量とコストとの関係は次式で表わされることとなる。
【００２３】
（１）原料費Ｕ：但し、単位コストｕは与えられるとする。
Ｕ_Ａ＝Ｍ_Ａ・ｕ_Ａ
Ｕ_Ｂ＝Ｍ_Ｂ・ｕ_Ｂ
Ｕ_Ｃ＝Ｍ_Ｃ・ｕ_Ｃ
Ｕ_Ｄ＝Ｍ_Ｄ・ｕ_Ｄ
（２）燃料費Ｖ：但し、燃料費ｋの単位コストｖ_ｋは与えられるとする。
Ｖ_１＝ＦＦ_１、_ｋ・ｖ_ｋ
Ｖ_２＝ＦＦ_２、_ｋ・ｖ_ｋ
ここで、ＦＦ_１、_ｋ、ＦＦ_２、_ｋは夫々のボイラへの燃料ｋのフィード量である。
（３）購入電力費Ｗ：但し、単位コストｗは与えられるとする。
Ｗ＝ＢＥＬ・ｗ
ＢＥＬは購入電力量である。
以上の各関係式に基づいて基礎モデルに対する変動費（原料費＋用役費）が得られる。
【００２４】
さらに、前述した設備モデル定義部１４では、諸設備の変動費を主として対象とした基礎モデルに対し、設備毎の廃棄や新設を考慮に入れて固定費を加えた現実的なモデルを設備モデルとして取扱うことにより、より適切な設備計画が得られる。そして、上記固定費を考慮した目的関数は、
総経費＝原料費＋用役費＋固定費
により得られる。
【００２５】
ここで、設備の固定費については、次のように取扱われる。
なお、
固定費＝簿価＋償却費＋税・保険費＋維持費＋除却費＋撤去費
である。固定費は対象計算期間の各年毎に計算される。又、簿価は、最初の年度では建設費そのものであり、次年度以降の簿価、税・保険等は次式又は定義に沿って算出される。
【００２６】
・今年末の簿価＝前年末の簿価−今年の償却費
・税・保険＝前年末の簿価×（税率＋保険料率）
・維持費→設備が除却されない限り維持に必要な一定額
・除却損→設備が廃棄されるとき、そのときの簿価が除却損
・撤去費→設備が廃棄されるときや設備を解体したりする時に発生する費用
償却費は定率法か定額法かによるが、定率法は一般に前年度簿価×償却率によって算出され、詳細は次の通りである。
【００２７】
【数３】

となる。但し、ｒ＝１−ｂ^１／ｎである。従って、償却率ｒは残存簿価率ｂと法定耐用年数ｎより決定される。
【００２８】
以上のように固定費を導入した設備モデルにおいては、複数年の期間（例えば１０年）を想定し、その期間内で論理変数（０−１）を次のように定義し、これを総費用の計算に導入する。
【００２９】
論理変数を次の様に定義する。

上記設備モデルで廃棄、新設が行なわれている状況の１例を図２、図３に示し、例示した設備のｚ（ｓ、ｔ）　、ｙ−ｏｌｄ（ｓ、ｔ）、ｙ−ｎｅｗ（ｓ、ｔ）に対する変数の値の変化を併せて示している。
【００３０】
【数４】

【００３１】
上記（３）、（４）の制約条件は、図中のフラグで示す次のような関数に対して成立するものである。即ち、
（３）ｚ（ｓ、ｔ）　とｙ−ｏｌｄ（ｓ、ｔ）との関係は、例えばｚ（ｓ、ｔ）　１１１０００００００であればｙ−ｏｌｄ（ｓ、ｔ）は０００１００００００となり、アンダーラインの年に設備廃棄が行なわれる。
（４）ｚ（ｓ、ｔ）　とｙ−ｎｅｗ（ｓ、ｔ）の関係は、ｚ（ｓ、ｔ）　が０００１１１１１１　であれば、ｙ−ｎｅｗ（ｓ、ｔ）は０００１００００００となり、アンダーラインの年に新設備が稼働する。
【００３２】
上記のような論理変数を導入すると、原料費＋用役費の算出については、前述した生産プラント、用役設備に対する評価関数に対し、上記論理変数ｚ（ｓ、ｔ）　を次のように導入する。
【００３３】
（１）Ｑ＝ａ・Ｍ＋ｂ・ｚ（ｓ、ｔ）　（原料費）
但し、Ｍｍｉｎ・ｚ（ｓ、ｔ）　≦Ｍ≦Ｍｍａｘ・ｚ（ｓ、ｔ）
同様に、
（２）−１Ｓ＝ａ・Ｆ＋ｂ・ｚ（ｓ、ｔ）
但し、Ｆｍｉｎ・ｚ（ｓ、ｔ）　≦Ｆ≦Ｆｍａｘ・ｚ（ｓ、ｔ）
（２）−２タービン、発電機
ＥＬ＝ａ_１・Ｆ_１−ａ_２・Ｆ_２−ａ_３・Ｆ_３＋ｂ・ｚ（ｓ、ｔ）
但し、Ｆ_１ｍｉｎ・ｚ（ｓ、ｔ）　≦Ｆ_１≦Ｆ_１ｍａｘ・ｚ（ｓ、ｔ）
Ｆ_２ｍｉｎ・ｚ（ｓ、ｔ）　≦Ｆ_２≦Ｆ_２ｍａｘ・ｚ（ｓ、ｔ）
Ｆ_３ｍｉｎ・ｚ（ｓ、ｔ）　≦Ｆ_３≦Ｆ_３ｍａｘ・ｚ（ｓ、ｔ）
上記各式で、ｚ（ｓ、ｔ）　は設備が稼働（未廃棄の事）していれば１、廃棄されていれば０である。
【００３４】
又、上記論理変数を固定費に導入すると、総費用のうち固定費については次のように表わされる。
固定費（ｓ、ｔ）＝（償却費＋前年度簿価×税・保険率＋維持費）×ｚ（ｓ、ｔ）＋（除却費＋撤去費）×ｙ−ｏｌｄ（ｓ、ｔ）
以上のように、固定費を考慮に入れた設備計画を行なう場合、変動費については物量とコストの関係に論理変数を導入し、かつ固定費についても論理変数を導入した算式に基づいて総費用を算出し、目的関数が最小となるように設備計画の最適化を図る。この場合、混合整数線型計画法により市販のソフトウェア（ソルバー）を用いて最適解を求めればよい。
【００３５】
上記最適解を求める場合、最適化計算部１５において図１の（ｂ）図のフローチャートに従って以下のような計算を実行する。即ち、設備のうちいずれかの設備を廃棄し、又新設することにより総費用が変動するが、このシステムではまずどの設備をいつ廃棄するかを廃棄すべき候補及び廃棄する年度の候補を、例えば図２に示すように事前設定し、各設備についてのデータを読取り（ｓ_１）このような設定条件に基づいて基礎モデルｓ_２と設定モデルｓ_３を構築、即ちマテリアルバランス式、各設備に於ける原料と生成物の関係式、コスト計算式、論理式を生成する。生成された全ての式を満足させる各年をｓ_４で求める。最後にｓ_５で出力表示される。
【００３６】
ここで、上記最適解を求める際の前提条件を整理すると、次のようになる。
（ａ）比較的長期の複数年（例えば１０年）の計算期間を仮定し、その期間内で最適廃棄時期を決定する。
（ｂ）対象期間内の各年度の需要、コストは与えられるものとする。
（ｃ）新設設備（生産プラント、用役設備）の性能（生産能力、原単価など）は既知である。
（ｄ）トータルのコストは現価法（ｎｐｖ）を採用する。
なお、トータルコストを現価法で算出する場合は、次式による。
【数５】

即ち、ｎ年後のコストを今年の価値に換算して合計する。
（ｅ）償却方法は定率法、定額法のいずれかを選択する。
（ｆ）ここでは財務会計の立場で説明しているが、償却費と除却費を利益とするキャッシュフローの立場を固定費の計算式で償却費と除却費を利益となるように変えたキャッシュフローの立場でも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明の設備計画最適化方法及び装置では各設備に対し廃棄、新設すべき設備についての設定をし、コストデータに基づいて変動量及び固定量に廃棄、新設、稼働の状態を表わす論理変数を導入してその総和が最小となるように設備及び年度を決定するようにしたから、勘や経験に基づくのではなく論理的に設備コストを最小限となるように設備の廃棄、新設の決定が短時間に正確に行なえるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】設備計画最適化システムの（ａ）ブロック図、（ｂ）フローチャート
【図２】設備廃棄の状況を説明する説明図
【図３】設備新設の状況を説明する説明図
【図４】実施形態の設備計画最適化システムの適用対象の既設設備モデルの概略構成図
【符号の説明】
１０　設備計画最適化装置
１１　対象設備設定部
１２Ａ　コストデータ入力部
１２Ｂ　諸元データ入力部
１３　基礎モデル定義部
１４　設備モデル定義部
１５　最適化計算部
１６　出力部

Claims

各種製品を生産する、又は組立てる設備及びこれら設備に必要な蒸気、電力等を供給する設備を備えた諸設備に対し、各設備で使用される原料、部品、蒸気量、燃料量あるいは電力量を各量を表わす関係式及びマテリアルバランス式を介して算出し、上記各購入量に単位コストを乗じて原料費と用役費を含む変動費を算出し、各設備の変動費と固定費を各設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を介して算出し、変動費と固定費の総和を対象の計算期間に亘り各年毎に算出し、変動費と固定費の各年の総合計が最小となる状況を求めて、廃棄、新設する設備、及び年度を決定することから成る設備計画最適化方法。
各種製品を生産する、又は組立てる設備及びこれら設備に必要な蒸気、電力等を供給する設備を備えた諸設備のそれぞれを表わす識別符号や各設備の廃棄、新設及びその年度についてのデータが入力され、記憶される対象設備設定部と、各設備の生産原料、部品、燃料、購入電力についての単位コストや各設備の固定費データが入力され、記憶されるコストデータ入力部と、生産又は組立てされる製品と原料又は部品、燃料と蒸気量、蒸気量と電力などの物量と物量の関係式、及びマテリアルバランス式を定義する諸元データ入力部と、コストデータ入力部と諸元データ入力部より入力されたデータより基礎モデルを定義し、基礎モデルの変動費を数理計画問題として定式化する基礎モデル定義部と、対象設備設定部及びコストデータ入力部、諸元データ入力部からの情報に基づいて原料費、又は部品費、及び燃料費、電力購入費などの変動費、及び各設備の固定費について基礎モデル定義部で定式化された関係式、固定費計算式に対し設備の廃棄、新設、稼働状態を表わす論理変数を導入して論理モデルの廃棄、新設、稼働の関係を数理計画問題として定式化する設備モデル定義部と、基礎モデル定義部及び設備モデル定義部でそれぞれ数式化された関係式及び固定費計算式に論理変数を導入した設備モデルに対し、対象設備設定部及びコストデータ入力部から各設備に対する廃棄、新設、稼働の情報を入力して設備全体の変動費と固定費の合計が最小となるように廃棄、又は新設すべき対象設備及びその時期を決定する最適化計算部と、決定された対象設備及び時期を表示又はプリントする出力部とを備えて成る設備計画最適化装置。