JP2005320106A

JP2005320106A - 原材料貯槽への入槽計画作成方法およびその装置

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Publication number: JP2005320106A
Application number: JP2004138873A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Kobayashi; 敬和小林; Yasuto Yachi; 靖人屋地; Hirofumi Yamada; 裕文山田; Masaichi Takano; 正市高野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: JP4344275B2

Abstract

【課題】原材料設備で、原材料貯槽への入槽計画や原材料物流制御を、原材料貯槽の在庫がなくなることを防ぎ、かつ搬送設備の稼動率の向上させ高速に最適化する。
【解決手段】現在の物流状態、情報により補給レベルを切る原材料貯槽を抽出し、この原材料貯槽に対して搬送経路割付けパターン抽出する機能S203と、上記搬送経路から全割付けパターンを構築する機能S204と、上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽を追加抽出する機能S205と、全搬送経路割付けパターンに対して、現在の物流状態や物流制約をもとにして線形式及び整数制約式でなる数式モデルをそれぞれ構築する機能S206と、各数式モデルを目的関数に基づいて最適化する機能S207と、最適化結果の内で一番良い評価値を示す組合わせを抽出して最終結果とする機能S209とを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、原材料設備における原材料貯槽への入槽計画作成方法、並びにこれらを実現するための装置に関する。

例えば、鉄鋼業などの原材料を加工する工場において、原材料保管場所から原材料貯槽までの入槽作業は、異なる複数の原材料が複数の貯槽に入れられて管理されており、原材料毎にその使用量が異なり、更に原材料保管場所から原材料貯槽までの搬送経路が複数有る等のために、煩雑な作業となっている。
これらの状況の中で、原材料貯槽の在庫切れを発生させず、かつ、搬送設備を有効利用することが望まれる。

上記を実現するためには、入槽が必要となる原材料貯槽を適切に見つけ、適切な搬送経路を選択し、適切な開始時刻から終了時刻まで適切な入槽量を入槽処理する作業が必要であるが、これらの作業は、人手で行なうと、非常に負荷の高い作業となる。

また、操業者による従来の計画立案方法では、時々刻々と作業状況が変化する大規模な原材料設備に対して考慮すべき項目や計算すべき項目が多い。このために、熟練作業者以外では、情報の見落としや判断ミスなどが多く発生し、正確な計画を立案することが困難であった。また熟練作業者といえども見落としを起こす場合が多々あった。このような問題を解決するために、現在種々の計画法が提案されている。

例えば、特許文献１には、知識ベースに基づいたヤード計画に則した自動制御方法が提示されている。特許文献２には、ヤード計画を中心とした搬送作業の競合解消方法が提示されている。特許文献３には、知識ベースに基づいて、鉱石ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。

特許文献４には、知識ベースに基づいて、石炭ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。特許文献５には、原材料ヤードにおける受入れ・払出し・搬送設備の競合および接近競合を避け搬送能率を最大にする自動制御方法が提示されている。特許文献６には、ルールにより原材料ヤードにおける受入れ・払出し・搬送設備の競合を避け、その結果を目的関数により評価し、評価値が悪い場合には、条件を変えることで搬送能率を最大にする自動制御方法が提示され、ヤードの搬送効率を最大化にするような自動制御方法が提示されている。特許文献７には、混合整数計画法に基づいた入槽計画作成方法が提示されている。

特開平３−２４３５０８号公報特開平３−２７９１２４号公報特開平４−８９７０８号公報特開平４−８９７０９号公報特開平６−２６３２３１号公報特開平１１−２３６１２９号公報特開２００３−１７５１０６号公報

しかしながら、従来の方法においては、熟練操業者の知識やノウハウを知識ベース化あるいはルール化して、原材料貯槽への入槽問題を解決しているものがほとんどであるため、解の最適性に言及されることはなかった。さらに、熟練操業者のノウハウをコンピュータ化しただけであるため、搬送設備の選択に対して採り得る全ての搬送経路の組合せを考慮することができず、最適解が得られる保証はなかった。

ところで、入槽においては効率的な搬送が求められるため、搬送設備の稼動率の向上が求められる。また、トラブルが発生して一部の搬送設備が故障した場合でも、貯槽の在庫が切れないことが求められる。
このため、例え原材料貯槽の在庫量が低くなっていない場合でも、搬送設備が使用されていないときには、積極的に早い段階で原材料貯槽への入槽が求められる。

特許文献７では、混合整数計画法を用いた場合において、在庫量が低くなる原材料貯槽を入槽すべき槽として抽出し、この槽に入槽する仕組みが開示されている。この仕組みでは、原材料貯槽の在庫がなくなることを未然に防ぐことは可能である。
しかしながら、この仕組みでは、搬送に余裕があるのにも関わらず、原材料貯槽の在庫が多い場合は入槽させることが出来ない。つまり、搬送設備が使用可能であるにも関わらず使用されずに遊んでいる時間が発生する場合もあり、搬送設備の稼働率の向上が図れないという欠点があった。

更に、この仕組みでは在庫量が低くなる原材料貯槽のみを入槽すべき槽として選択しているため、トラブルが発生して一部の搬送設備が故障した場合では、在庫量が下がってしまい、貯槽の在庫を切れない様にすることが不可能であった。このため、実際の操業では、使用されなくなる場合が多かった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、原材料設備において、原材料貯槽の在庫がなくなることを未然に防ぐことは勿論のこと、搬送に余裕のある場合においては、原材料貯槽の在庫が多い場合でも入槽させる機能を持たせることで、搬送設備の稼動率の向上を実現し、さらに、トラブルが発生した場合でも貯槽の在庫が切れない原材料貯槽への入槽計画を高速に立案できるようにすることを目的とする。

本発明の原材料貯槽への入槽計画作成方法は、原材料設備における原材料ヤードから複数の原材料貯槽へ、複数の搬送経路を経て複数の搬送設備で、原材料を搬送するための入槽計画を作成する入槽計画作成方法において、上記複数の原材料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽を抽出し、上記抽出した原材料貯槽に入槽可能な搬送設備の全てを抽出し、上記抽出した搬送設備から搬送経路として選択可能な組合わせを全て構築することに加えて、上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽を追加抽出し、上記抽出されなかった搬送設備から追加抽出された原材料貯槽への搬送経路を追加構築し、上記構築された組合わせと、上記追加構築された搬送経路との全てに対して、上記構築された組合わせ毎に、上記追加抽出された原材料貯槽も含めて抽出された原材料貯槽への入槽作業群の関係、制約を線形式及び整数制約式から成る数式モデルに定式化し、上記数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形または２次形式の目的関数の元で、最適化問題を解くことにより最適解を求め、上記最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、最適な搬送設備、搬送経路、搬送開始時刻、搬送終了時刻、入槽開始時刻、入槽終了時刻、及び入槽量を決定することを特徴とする。

本発明の原材料貯槽への入槽計画作成装置は、原材料設備における原材料ヤードから原材料貯槽への入槽計画を作成するための入槽計画作成装置において、上記原材料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽を抽出する入槽対象原材料貯槽抽出手段と、上記抽出した原材料貯槽に入槽可能な搬送設備の全てを抽出する搬送設備抽出手段と、上記抽出した搬送設備から搬送経路として選択可能な組合わせを全て構築する搬送経路組合わせ構築手段と、上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽を追加抽出する追加入槽対象原材料貯槽抽出手段と、上記抽出されなかった搬送設備から追加抽出された原材料貯槽への搬送経路を追加構築する搬送経路追加構築手段と、上記構築された組合わせと追加構築された搬送経路の全てに対して、上記構築された組合わせ毎に、上記追加抽出された原材料貯槽も含めて抽出された原材料貯槽への入槽作業群の関係、制約を線形式及び整数制約式で成る数式モデルに定式化する数式モデル構築手段と、上記数式モデル構築手段により定式化された数式モデルの各々を評価するための線形または２次形式目的関数を設定する目的関数設定手段と、上記数式モデル構築手段と上記目的関数設定手段とにより設定された数式モデルと目的関数とを最適化問題として解くことにより、最適解を求める最適解計算手段と、上記最適解の内で一番評価の良いものを選択する最良解抽出手段とを備え、最適な搬送設備、搬送経路、搬送開始時刻、搬送終了時刻、入槽開始時刻、入槽終了時刻、及び入槽量を決定することを特徴とする。

本発明によれば、原材料設備において、与えられた上工程及び下工程での操業制約の下で、原材料貯槽への入槽計画あるいは原材料物流制御を、原材料貯槽の在庫がなくなることを未然に防ぐことは勿論のこと、搬送設備の稼動率の向上させ、かつ高速に最適化できるようにすることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
本実施形態の原材料貯槽への入槽計画作成装置では、原材料ヤードから複数の原材料貯槽までの選択可能な搬送路を用いて、ヤード積みつけ銘柄、ヤード在庫量推移、原材料の原材料貯槽からの切出し量、設備レイアウト等の原材料物流制約の下で、原材料貯槽の在庫切れを発生させず、かつ搬送設備の稼動率が向上するように、原材料貯槽への入槽計画を最適化する。ただし、これはあくまでも実施例の一つである。
なお、原材料貯槽毎に切出し量が異なり、且つ入槽を開始しようとする時点で入槽条件、例えば該当原材料貯槽の在庫レベル等が異なるとする。そのために、入槽すべき量、入槽を終了すべきレベルを状況に応じて適切に決定する必要がある。

図１に、原材料ヤードから原材料貯層に原材料を搬送させる際の概略構成の一例を示す。図１で、原材料ヤード１から入槽すべき原材料貯槽４への搬送には、複数のリクレーマ２ａ、２ｂ（原材料をヤードからベルトコンベアに移動させる設備）と、ベルトコンベア系列３との組合わせが選択可能である。リクレーマ２は、各々異なる切出し能力を持つ。また搬送路の選択自由度が大きく、適切なリクレーマ２とベルトコンベア系列３とを適切に選択し、適切な時間稼動させる必要がある。

このような制約の中で、全ての原材料貯槽４の在庫を確保し、効率的な搬送率の向上を実現した原材料入槽計画を作成するには、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、原材料ヤード１に原材料が積み付けられている山、原材料ヤード１、使用するリクレーマ（使用リクレーマ）２、搬送ベルトコンベア系列３、入槽する原材料貯槽（入槽原材料貯槽）４についても正確に決定する必要がある。

最初に、図３を用いて本実施形態による原材料貯槽への入槽計画作成装置のコンピュータシステムにおける位置づけの一例を説明する。
図３に示すように、原材料貯槽４への入槽計画を作成する際には、まず、条件設定および取込み部３０で、計画を立案する上で必要となるヤード配置と、原材料貯槽切出し量等の制約条件と、能力条件と、前提条件とを、操業者が設定或いはプロコン３４またはビジコン３５よりデータを取込む。
本実施形態の原材料貯槽への入槽計画作成部３１は、条件設定および取込み部３０により設定された様々な物流制約の下で、これら物流制約、能力条件等を満たす様に原材料ヤード１の原材料貯槽４への入槽計画、すなわち、入槽順、入槽開始・終了時刻、リクレーマ稼動開始・終了時刻および払出し山・ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原材料貯槽を求める。

この原材料貯槽への入槽計画作成部３１では、以下に詳しく述べるように、ＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（2次計画法）等の数理計画法、またはタブサーチ、ＧＡ等と数理計画法の組合わせと、全搬送経路の組合わせ、構築機能の組合せにより、原材料ヤード１から原材料貯槽４までの入槽計画（入槽順、入槽開始・終了時刻、リクレーマ稼動開始/終了時刻および払出しを行なうべき山・原材料ヤード１、使用すべきリクレーマ２、搬送に使用すべきベルトコンベア系列３、搬送経路）を最適化した入槽計画を作成する。

原材料貯槽への入槽計画作成部３１で求められた原材料貯槽４への入槽計画（入槽順、入槽開始・終了時刻、リクレーマ稼動開始・終了時刻および払出しを行なうべき山・原材料ヤード、使用すべきリクレーマ、搬送に使用すべきベルトコンベア系列、搬送経路）は、表示部（ガントチャート表示・原材料貯槽在庫推移グラフ表示部）３２に与えられ、例えば、ガントチャート形式、原材料貯槽在庫推移グラフ形式、或いは入槽時刻一覧等の帳票で表示される。

操業者評価部３３では、求められた原材料貯槽への入槽計画を様々な観点（例えば、在庫推移、リクレーマでの同一銘柄連続払出し性等）から操業者が評価し、満足のいく結果でなければ必要に応じて入槽順、入槽開始・終了時刻、払出し山、使用リクレーマ等を修正する。そして、原材料貯槽への入槽計画作成部３１でもう一度原材料貯槽４への入槽計画を作成し直す。この際には、必要に応じて、指定した処理のみに対して、入槽時刻の固定や、払出し山、使用リクレーマ指定等の固定が出来ることを可能とする。

次に、上記原材料貯槽への入槽計画作成部３１によって行われる処理の詳細を説明する。
原材料貯槽への入槽計画作成部３１は、ヤード配置、工程経路、入槽銘柄等の設定条件、物流制約の下、原材料貯槽４毎の在庫量と貯槽からの原材料払出し速度とから、原材料貯槽４毎の槽在庫推移を計算する。そして、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽４、並びに上記原材料貯槽４への搬送経路として選ばれなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽４を抽出する。そして、原材料貯槽４における在庫荷切れの回避、搬送設備の効率運転のために設定した所定の目的関数を最良にする入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ２の稼動開始時刻、リクレーマ２の稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、原材料ヤード１、使用リクレーマ２、搬送ベルトコンベア系列３、入槽する原材料貯槽４も決定する。このとき、計画確定時刻は、原材料貯槽への入槽計画作成開始での時刻から２時間或いは３時間程度経過した時刻などの適切な値とする。

上記で説明した原材料貯槽への入槽計画作成部３１の処理の概要を、原材料ヤードから原材料貯層に原材料を搬送させる際の製造プロセスの規模を縮小した簡単な事例を示す図（図４）と、本実施形態の原材料貯槽への入槽計画作成装置に配設された原材料貯槽への入槽計画作成部３１による処理内容の一例を示すフローチャート（図２）、及びこの例を用いた場合の、原材料貯槽への入槽計画作成部３１の内部での動作の詳細を説明する図（図５〜図８）を用いて詳細に説明する。

この図４の事例では、原材料ヤード１ａにはそれぞれの原材料Ａ，Ｂ，Ｃが、原材料ヤード１ｂには原材料Ｂが、原材料ヤード１ｃには原材料Ｂがそれぞれ積み付けられている。
原材料ヤード１ａの山の払出しにはリクレーマ２ａ（No１）が、原材料ヤード１ｂの山の払出しにはリクレーマ２ｂ（No２）が、原材料ヤード１ｃの山の払出しにはリクレーマ２ｃ（No３）をそれぞれ使用できる。

そして、リクレーマ２ａ（No１）を使用した場合には、ベルトコンベア系列３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅのどれかで原材料が搬送される。リクレーマ２ｂ（No２）を使用した場合には、ベルトコンベア系列３ｄ、３ｆのどれかで原材料が搬送される。リクレーマ２ｃ（No３）を使用した場合には、ベルトコンベア系列３ｇ、３ｈのどれかで原材料が搬送される。

また、ベルトコンベア系列３ａで搬送された原材料は、原材料貯槽４ａに搬送される。ベルトコンベア系列３ｂ、３ｄ、３ｇで搬送された原材料は、原材料貯槽４ｂに搬送される。ベルトコンベア系列３ｃで搬送された原材料は、原材料貯槽４ｃに搬送される。ベルトコンベア系列３ｅ、３ｆ、３ｈで搬送された原材料は、原材料貯槽４ｄに搬送される。

さらに、原材料貯槽４ａには原材料Ａ、原材料貯槽４ｂには原材料Ｂ、原材料貯槽４ｃには原材料Ｃ、原材料貯槽４ｄには原材料Ｂが入槽される必要がある。ここで、原材料ヤード１から払い出す原材料と原材料貯槽４に入槽される原材料は、同一の原材料でなくてはならない。

（１）入力データ、初期値、条件を設定する（図２のステップＳ２０１）。
本処理に必要な情報（原材料受入れ計画、原材料ヤード計画、設備修理計画、原材料ヤード現況、槽在庫現況、槽切出量現況、設備稼働・故障現況、および、操業者からの操業前提条件）を、オンラインにて読込み、必要に応じて操業者が修正を加える。

（２）補給レベルを切る原材料貯槽を抽出する（図２のステップＳ２０２）。
図５に示した様に、原材料貯槽毎の在庫量と、原材料貯槽からの原材料払出し速度とから、原材料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽４を抽出し、補給対象とすべき原材料貯槽として抽出する。

このとき、計画確定時刻は、原材料貯槽４への入槽計画作成開始での時刻から２時間或いは３時間程度経過した適切な時刻（値）とし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。また、補給レベルは、原材料貯槽毎に個別の値を設定できるものとし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。本実施形態では、この補給レベルを７０％程度とする。
図５に示した例では、原材料貯槽４ａ、４ｂ、４ｃが補給対象槽として抽出され、原材料貯槽４ｄは、現時刻では補給が必要でないとみなされ、補給対象槽から外される。

（３）抽出した各原材料貯槽における選択可能な全搬送設備を抽出する（図２のステップＳ２０３）。
次に、抽出された補給対象の原材料貯槽４に対して、図６に示した様に搬送経路を検索し、各原材料貯槽の選択可能な全搬送経路を導く。
各原材料貯槽の選択可能な全搬送経路の抽出動作の詳細を以下に示す。
まず、物流構造と、原材料ヤード１・山の配置（原材料の銘柄）と、原材料貯槽４に入槽される原材料（銘柄）と、原材料ヤード１で使用できるリクレーマ（ＲＲ）２と、リクレーマ２で使用可能なベルトコンベア系列３と、原材料貯槽４に入槽可能なベルトコンベア系列３とが記載された搬送経路検索用情報テーブル６１を、図３の条件設定および取込み部３０より取込む。例えば、原材料貯槽４ｂの場合を例に挙げて説明する。

ステップＳ６１（step1）では、原材料貯槽４ｂを搬送経路検索用情報テーブル６１の起点設備から検索する。次に、ステップＳ６２（step2）では、原材料貯槽４ｂに積み付けられている銘柄Ｂと一致する銘柄を工程経路検索用情報テーブル６１の山銘柄から検索する。

次に、ステップＳ６３（step3）では、検索した山銘柄に対応する原材料ヤード１と、リクレーマ２との組を検索する。ここでは、原材料ヤード１ａとリクレーマ２ａ（No.1）との組、原材料ヤード１ｂとリクレーマ２ｂ（No.2）との組、および原材料ヤード１ｃとリクレーマ２ｃ（No.3）との組が使用可能であることが分かる。

ステップＳ６４（step4）では、工程経路検索用情報テーブル６１において、検索した起点設備の列と検索した山銘柄との交わる場所から使用可能なベルトコンベア系列３を検索する。図６に示した例では、原材料ヤード１ａとリクレーマ２ａ（No.1）との組を使用する場合には、ベルトコンベア系列３ｂが使用可能であり、原材料ヤード１ｂとリクレーマ２ｂ（No.2）との組を使用する場合には、ベルトコンベア系列３ｄが使用可能であり、原材料ヤード１ｃとリクレーマ２ｃ（No.３）との組を使用する場合には、ベルトコンベア系列３ｇが使用可能であることが分かる。

以上より、原材料貯槽４ｂへの搬送経路としては、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｂの搬送経路と、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｄの搬送経路と、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｇの搬送経路との３つの搬送経路を抽出する。

（４）全搬送経路の組合わせを構築する（図２のステップＳ２０４）。
全ての原材料貯槽４に対して、搬送経路の抽出が終了したら、ステップＳ６５（step5）に移り、補給対象となっている全ての原材料貯槽４に対して導かれた使用可能な搬送経路に関して、搬送経路の割付けパターンを構築する。

この例では、原材料貯槽４ａ、４ｂ、４ｃが補給対象となっているので、搬送経路は以下のようになる。
・原材料貯槽４ａに対しては、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａの搬送経路を採ることができる。
・原材料貯槽４ｂに対しては、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｂの搬送経路と、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｄの搬送経路と、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｇの搬送経路との３つの搬送経路を採ることができる。
・原材料貯槽４ｃに対しては、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃの搬送経路を採ることができる。

このため、搬送経路の全割付けパターンとしては、以下の３つのパターンが導出される。
第１の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｂ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）

第２の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｄ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）

第３の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列７）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３）

（５）選択されなかった搬送経路によって入槽可能な原材料貯槽を追加する（図２のステップＳ２０５）。
搬送経路の全ての割付けパターンの抽出が終了したら、上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽４を追加抽出する。
この例では、上記３つの割付けパターンがあり、追加抽出される原材料貯槽４と搬送経路は以下のようになる。
第１の割付けパターン：
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｆ）または（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ）
第２の割付けパターン：
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ）
第３の割付けパターン：
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｆ）

上記結果より、最終的には以下の４つの割付けパターンが発生する。
第１−１の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｂ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｆ）

第１−２の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｂ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ）

第２の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｄ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ）

第３の割付けパターン：
（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）
（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｇ）
（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）
（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｆ）

ここで、本実施形態では、ステップＳ２０４において搬送経路として抽出された搬送経路を使用しない搬送設備と、原材料貯槽４とを追加抽出し、追加抽出した搬送設備と、原材料貯槽４とに対して、既に抽出された搬送経路以外の搬送経路を追加抽出することで、割付けパターンを大幅に削減することを可能としている。これに加えて、搬送設備の競合により、最適化したとしても良い結果が得られない割付けパターンを大幅に削減することを可能としている。

本例題では、原材料貯槽４ｄが追加抽出されるが、原材料貯槽４ｄへの搬送経路としては、（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｅ）の搬送経路と、（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトベア系列３ｆ）の搬送経路と、（原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ、原材料貯槽４ｄ）の搬送経路との３つの搬送経路が存在する。このため、もしステップＳ２０４において、搬送設備、搬送経路として抽出された搬送設備、搬送経路を使用しないという仕組みを考慮しない場合には、本実施形態で考慮した割付けパターンの３倍程度の割付けパターンを考慮する必要が生じる。
実際の工場では、搬送経路は、本例題で取り扱った規模の何倍、何十倍もあり、上記仕組みがない場合、計算時間が非常に多く掛かり、実用的ではなくなる。
本実施形態では、上記のようにして行われる割付けパターンを削減する仕組みにより、大幅な計算時間の削減を実現可能とした。

（６）組合わせ毎に数式モデルに定式化する（図２のステップＳ２０６）
次に、導出された全ての割付けパターンに対してそれぞれの設定条件、物流制約、物流状況に基づき物流モデルを定式化する。なお、ここでは、上記第１の割付けパターンと上記第２の割付けパターンとに対して物流モデルを定式化する場合を説明する。

図７に、物流モデルを構築する際の概念図を示す。
図７に示すように、一つのＪＯＢ（一回の入槽作業開始から入槽作業終了までに発生するリクレーマ作業、搬送作業、入槽作業の一連の作業を一つのまとまりとして捉えたもの）内での工程間の制約を記述した工程間制約モデルと、ＪＯＢ間での干渉をモデル化したＪＯＢ間制約モデルとにより、物流モデルが構築される。

工程間制約モデルでは、リクレーマ２の稼動開始時刻と、同終了時刻とをそれぞれt_s、t_eとし、ベルトコンベア系列３の搬送開始時刻と、同終了時刻とをそれぞれt＿bc_s、t＿bc_eとし、入槽開始時刻と、同終了時刻とをそれぞれをt＿R_s、t＿R_eとすると、工程間には一定時間のずれがある。この場合の制約は、以下の（１）式〜（４）式で表される。なお、以下の（１）式〜（４）式において、l,m,n,pを定数とする。

t＿bc_s＝t_s＋l ・・・（１）
t＿bc_e＝t_e＋m ・・・（２）
t＿R_s＝t_s＋n ・・・（３）
t＿R_e＝t_e＋p ・・・（４）

また、原材料貯槽４の入槽開始時の槽在庫レベルをR（t_s）とし、入槽終了時の槽在庫レベルをR（t_e）とすると、原材料貯槽４への入槽量及び切出し量が時間に関わらず一定である場合の制約は、以下の（５）式および（６）式で表される。
R（t_s）＝at_s＋b ・・・（５）
R（t_e）＝ct_e＋d ・・・（６）

ここで、上記（５）式および（６）式において、a,b,c,dは、時刻と槽在庫レベルとの間の関係を表す定数である。
また、入槽開始時刻は入槽終了時刻より早くないといけないので、以下の（７）式の関係が成立する。
t_s＜t_e ・・・（７）

さらに、原材料貯槽４の入槽開始時の槽在庫レベルR（t_s）は、一般に操業管理の都合上、ある最低レベルR_sL（管理下限値）以上である必要がある。また、原材料貯槽４の入槽終了時の槽在庫レベルR（t_e）はある最高レベルR_eU（管理上限値）以下である必要がある。したがって、以下の（８）式および（９）式が成立する。
R_sL≦R(t_s) ・・・（８）
R(t_e)≦R_eU ・・・（９）

ＪＯＢ間制約モデルでは、例えば、上記第２の割付けパターン（（原材料貯槽４ａ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ａ）、（原材料貯槽４ｂ、原材料ヤード１ｂ、リクレーマ２ｂ（No.2）、ベルトコンベア系列３ｄ）、（原材料貯槽４ｃ、原材料ヤード１ａ、リクレーマ２ａ（No.1）、ベルトコンベア系列３ｃ）、（原材料貯槽４ｄ、原材料ヤード１ｃ、リクレーマ２ｃ（No.3）、ベルトコンベア系列３ｈ））の場合、原材料貯槽４ａへ入槽するＪＯＢ（第１のＪＯＢ）と、原材料貯槽４ｃへ入槽するＪＯＢ（第３のＪＯＢ）とでは、リクレーマ２ａ（No.1）をどちらも使用する必要があるが、この設備（リクレーマ２ａ（No.1））を同時刻に使用することはできない（これを時間的な干渉と称する）。

第１のＪＯＢのリクレーマ２ａ（No.1）の稼動開始時刻をt_s1とし、稼動終了時刻をt_e1とし、第３のＪＯＢのリクレーマ２ａ（No.1）の稼動開始時刻をt_s3とし、稼動終了時刻をt_e3とすると、以下の（１０）式および（１１）式で表される制約が生じる。
第１のＪＯＢが第３のＪＯＢよりも早く処理される場合；t_s3≧t_e1 ・・・（１０）
第３のＪＯＢが第１のＪＯＢよりも早く処理される場合； t_s1≧t_e3 ・・・（１１）

ここで、上記（１０）式と（１１）式とに、第１のＪＯＢの処理が行われる時刻と、第３のＪＯＢの処理が行なわれる時刻とのずれ時間より十分大きな正の実数Ｍ、および０または１の整数変数Ｉを導入すると、上記（１０）式と（１１）式は場合分けを必要とせず、上記（１０）式および（１１）式に想到する制約は、以下の（１２）式および（１３）式で表現することが可能になる。
t_s3−t_e1＋ＭＩ≧０・・・（１２）
t_s3−t_e1＋Ｍ（１−Ｉ）≧０・・・（１３）

さらに、これらの式を変形すると、物流モデルは、以下の（１４）式〜（１６）式で表される簡単な線形式及び整数制約式として数式モデルを構築することができる。

ＡＸ≦Ｂ・・・（１４）
Xmin≦X≦Xmax ・・・（１５）
∃x:整数 for [ x|x ∈ X ] ・・・（１６）

なお、上記（１４）式〜（１６）式において、Ｘは、各設備の稼動開始・終了時刻及び原材料貯槽在庫、整数変数Ｉを行列表現したものである。Ａ、Ｂは、所定の行列式である。XminおよびXmaxは、それぞれ各設備の稼動開始最早時刻及び最遅時刻と、原材料貯槽４の在庫レベルの下限レベル及び上限レベルとを行列表現したものである。（１６）式に対応する整数制約となるＸの要素はＩ（ＩはＸの部分集合）である。

（７）各数式モデルを目的関数に基づいて最適化する（図２のステップＳ２０７）
上記構築された線形及び整数制約式で成る数式モデル式のそれぞれに対して、原材料貯槽４の入槽を開始するレベルまたは時刻、及び入槽を終了するレベルまたは時刻を変数として含む線形または２次形式として表現された目的関数に基づき、ＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法、またはタブサーチ、ＧＡ（遺伝的アルゴニズム）等と数理計画法との組合わせ方法により最適化問題として問題を解くことにより、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、原材料ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原材料貯槽をも計算する。

例えば、上記最適化計算において、準最適な解を形成するレベルで良い場合は、ＧＡを用い、各ＪＯＢの整数変数Ｉを遺伝子として形成する。そして、ＧＡにより形成された整数変数Ｉは、決定された値として、後はＬＰ問題として上記問題を解くことが出来る。また、最適解を得ることが望まれるレベルである場合は、混合整数計画問題として上記問題を解くことが出来る。

ここで、目的関数に関して線形式を用いた場合の例を示す。本実施形態では、原材料貯槽４の在庫を切らさずに、搬送機器の効率運転を目的としていたので、目標目的関数は、全てのＪＯＢによる入槽量合計が最も多くなる程良い値を得る関数とする。
目的関数を式で表すと、以下の（１７）式を得る。

この例題では、４つの原材料貯槽４に対してＪＯＢを考慮するため、第１のＪＯＢ（ＪＯＢ１）〜第４のＪＯＢ（ＪＯＢ４）が必要となり、目的関数は、以下の（１８）式にようになる。

以上の定式化した式（数式モデル）を混合整数計画法にて解くことにより、数式モデル毎に最適解が得られる。
（８）最適結果の内、一番良い評価値を示す組合わせを抽出する（図２のステップＳ２０８）。
以上により数式モデル毎に最適解が得られるが、これら最適解の評価値を比較し、最も評価値の値が良い解を選ぶ。これにより、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、原材料ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原材料貯槽の搬送経路も同時に決定できる。

この動作の詳細を図８に従って説明する。
ここでは、全てのＪＯＢによる入槽量の合計が最も多くなる程良いとした目的関数を用いているとする。
この場合、全てのＪＯＢによる入槽量の合計値は、第１−１の割付けパターンでは２００ｔ、第１−２の割付けパターンでは１９０ｔ、第２の割付けパターンでは２４０ｔ、第３の割付けパターンでは２５０ｔである。よって、目標関数の値が最も大きい第３の割付けパターンが選択される。

この結果、原材料貯槽４ａは、原材料ヤード１ａから払出しを行なう。リクレーマ２ａ（No.1）の稼動開始時刻は２５分、稼動終了時刻は５５分である。ベルトコンベア系列３ａの搬送開始時刻は２６分、搬送終了時刻は５６分である。入槽開始時刻は２７分、入槽終了時刻は５７分である。

原材料貯槽４ｂは、原材料ヤード１ｂから払出しを行なう。リクレーマ２ｃ（No.3）の稼動開始時刻は２７分、稼動終了時刻は５７分である。ベルトコンベア系列３ｇの搬送開始時刻は２８分、搬送終了時刻は５８分である。入槽開始時刻は２９分、入槽終了時刻は５９分である。

原材料貯槽４ｃは、原材料ヤード１ａから払出しを行なう。リクレーマ２ａ（No.1）の稼動開始時刻は３分、稼動終了時刻は２５分である。ベルトコンベア系列３ｃの搬送開始時刻は４分、搬送終了時刻は２６分である。入槽開始時刻は５分、入槽終了時刻は２７分である。

原材料貯槽４ｄは、原材料ヤード１ｂから払出しを行なう。リクレーマ２ｂ（No.2）の稼動開始時刻は４分、稼動終了時刻は３８分である。ベルトコンベア系列３ｆの搬送開始時刻は５分、搬送終了時刻は３９分である。入槽開始時刻は６分、入槽終了時刻は４０分が最適である。

ここで、図９を参照しながら、従来の手法を適用した場合の立案結果と、本実施形態の手法を適用した場合の立案結果との比較を行なう。
図９（ｂ）に示す様に、従来の手法を適用した場合では、在庫量が多い時には搬送設備が空いているにも関わらず、原材料貯槽４ｄに対する入槽が行われない。このため、リクレーマ２ｃ（No3）に無駄な空き時間が発生する。
これに比べ、本実施形態の手法を適用した場合では、例え在庫量が多い時にも搬送設備が空いているならば、原材料貯槽４ｄに対する入槽が行われる。このため、全てのリクレーマ２が無駄なく効率的に使用される。

更に、従来の手法では、在庫量が少なくなるまで入槽が行われないため、原材料貯槽４ｄに対する入槽が行われない。このため、原材料貯槽４ｄは非常に在庫量が少ない状況となり、図９に示す様に、リクレーマ２ｃ（No.3）に設備のトラブルが発生した場合、在庫切れが発生してしまう。
これに比べ、本実施形態の手法を適用した場合では、例え在庫量が多い時にも搬送設備が空いているならば、予め在庫量が多い状態まで入槽を実施するため、原材料貯槽４ｄに対する入槽が行われる。このため、原材料貯槽４ｄは常に満槽に近い状態にあり、例え設備のトラブルが発生しても、在庫切れの発生を防ぐことができる。

なお、以上の実施形態では、本発明を原材料貯槽への入槽計画作成装置に適用する場合について説明したが、原材料物流制御装置に適用することも可能である。この場合は、作成した原材料貯槽への入槽計画に基づいて実プラントの制御装置等に指示を与える。このようにすれば、実プラントは、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、原材料ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原材料貯槽に従って原材料ヤード操業を実行する。

なお、上述の原材料貯槽への入槽計画作成部３１は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などからなるマイクロコンピュータによって構成されており、例えばパーソナルコンピュータ等の計算機によって実現することができる。

（本発明の他の実施形態）
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。

また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。

本発明の実施形態を示し、原材料ヤードから原材料貯層に原材料を搬送させる際の概略構成の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、原材料貯槽への入槽計画作成部による処理内容の一例を示すフローチャートである。本発明の実施形態を示し、原材料貯槽への入槽計画作成装置のコンピュータシステムにおける位置づけの一例を説明する図である。本発明の実施形態を示し、原材料ヤードから原材料貯層に原材料を搬送させる際の製造プロセスの規模を縮小した簡単な事例を示す図である。本発明の実施形態を示し、各原材料貯槽の在庫の予測推移の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、搬送経路検索用情報テーブルの一例と、各原材料貯槽の選択可能な全搬送経路を抽出する際の動作の一例を示すフローチャートである。本発明の実施形態を示し、数式モデルを構築する際の概念の一例を示す図である。本発明の実施形態を示し、数式モデル毎に得られる最適解の評価値を比較し、最も評価値の値が良い解を抽出する際の概念の一例を示す図である。従来の手法を適用した場合の立案結果の概要と、本実施形態の手法を適用した場合の立案結果の一例の概要とを説明するための図である。

符号の説明

３０条件設定および取込み部
３１原材料貯槽への入槽計画作成部
３２表示部
３３操業者評価部
３４プロコン
３５ビジコン

Claims

原材料設備における原材料ヤードから複数の原材料貯槽へ、複数の搬送経路を経て複数の搬送設備で、原材料を搬送するための入槽計画を作成する入槽計画作成方法において、
上記複数の原材料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽を抽出し、
上記抽出した原材料貯槽に入槽可能な搬送設備の全てを抽出し、
上記抽出した搬送設備から搬送経路として選択可能な組合わせを全て構築することに加えて、
上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽を追加抽出し、
上記抽出されなかった搬送設備から追加抽出された原材料貯槽への搬送経路を追加構築し、
上記構築された組合わせと、上記追加構築された搬送経路との全てに対して、上記構築された組合わせ毎に、上記追加抽出された原材料貯槽も含めて抽出された原材料貯槽への入槽作業群の関係、制約を線形式及び整数制約式から成る数式モデルに定式化し、
上記数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形または２次形式の目的関数の元で、最適化問題を解くことにより最適解を求め、
上記最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、最適な搬送設備、搬送経路、搬送開始時刻、搬送終了時刻、入槽開始時刻、入槽終了時刻、及び入槽量を決定することを特徴とする原材料貯槽への入槽計画作成方法。
上記最適化の計算を混合整数計画法または２次計画法で行なうことを特徴とする請求項１に記載の原材料貯槽への入槽計画作成方法。
上記最適化の計算をタブサーチ又はヒューリスティックな手法で行なうことを特徴とする請求項１に記載の原材料貯槽への入槽計画作成方法。
原材料設備における原材料ヤードから原材料貯槽への入槽計画を作成するための入槽計画作成装置において、
上記原材料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原材料貯槽を抽出する入槽対象原材料貯槽抽出手段と、
上記抽出した原材料貯槽に入槽可能な搬送設備の全てを抽出する搬送設備抽出手段と、
上記抽出した搬送設備から搬送経路として選択可能な組合わせを全て構築する搬送経路組合わせ構築手段と、
上記構築された組合わせ毎に、抽出されなかった搬送設備により入槽可能な原材料貯槽を追加抽出する追加入槽対象原材料貯槽抽出手段と、
上記抽出されなかった搬送設備から追加抽出された原材料貯槽への搬送経路を追加構築する搬送経路追加構築手段と、
上記構築された組合わせと追加構築された搬送経路の全てに対して、上記構築された組合わせ毎に、上記追加抽出された原材料貯槽も含めて抽出された原材料貯槽への入槽作業群の関係、制約を線形式及び整数制約式で成る数式モデルに定式化する数式モデル構築手段と、
上記数式モデル構築手段により定式化された数式モデルの各々を評価するための線形または２次形式目的関数を設定する目的関数設定手段と、
上記数式モデル構築手段と上記目的関数設定手段とにより設定された数式モデルと目的関数とを最適化問題として解くことにより、最適解を求める最適解計算手段と、
上記最適解の内で一番評価の良いものを選択する最良解抽出手段とを備え、
最適な搬送設備、搬送経路、搬送開始時刻、搬送終了時刻、入槽開始時刻、入槽終了時刻、及び入槽量を決定することを特徴とする原材料貯槽への入槽計画作成装置。
上記最適解計算手段における最適化の計算を混合整数計画法または２次計画法で行なうことを特徴とする請求項４に記載の原材料貯槽への入槽計画作成装置。
上記最適解計算手段における最適化の計算をタブサーチ又はヒューリスティックな手法で行なうことを特徴とする請求項４に記載の原材料貯槽への入槽計画作成装置。