JP2006309302A - 操業形態決定方法及び操業形態決定装置、並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性が目標生産性を満たしつつコストを最適化する。
【解決手段】製造ライン全体で要求される目標生産性、ネック工程と準ネック工程それぞれの操業形態と生産性の関係、操業形態とコストの関係を記録する（Ｓ１〜Ｓ３）。ネック工程と準ネック工程の操業形態を組み合わせて製造ライン全体の生産性を算出し（Ｓ４）、目標生産性を満たす操業形態の組み合わせが存在する場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、目標生産性を満たしコストが最も低い操業形態の組み合わせを選択する（Ｓ６）。目標生産性を満たす操業形態の組み合わせが存在しない場合は（Ｓ５：ＮＯ）、生産性が最も高くコストが最も低いネック工程と準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する（Ｓ６）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数工程からなる製造ラインにおいて、選択可能な操業形態から適切な操業形態の組み合わせを決定する操業形態決定方法及び操業形態決定装置、並びにプログラムに関する。

従来から、製造業においては、製品の多様化・多品種化により、製造工程が複雑化している。例えば、製鋼工場の製造ラインにおいては、高炉から出銑した溶銑に対し、脱Ｓ、脱Ｐ、脱Ｃなどの成分調整工程と、精密な成分調整を行う２次精錬工程と、鋳造工程、等の複数工程からなる。そして、これらの複数工程からなる製造ラインにおいては、製品の納期を考慮して効率化・最適化を行うために、コンピュータを用いて操業計画を策定するスケジューリングが行われている。

例えば、特許文献１には、操業実績が操業計画から変動した場合に、操業実績の変動により発生する製品品質の悪化、及び転炉での昇温によるコストの高騰等の問題を抑制すべく操業計画を速やかに調整するために、取り込んだ操業実績と設定された操業計画とを比較して、操業計画から遅れが生じる工程を予測し、操業計画の調整が必要であると判断した場合に、制約条件及び注文内容等の条件に基づいて、操業計画を調整する操業計画調整方法及び操業計画調整システムが開示されている。

また、非特許文献１には、製鋼工場における溶銑鍋とクレーンのスケジューリングにおいて、対象工程を数理モデル化し、スケジューリングシミュレーションと木検索を組み合わせた手法を用い、複雑な対象モデルにおいて効率的に実行可能スケジュールを検索する技術が開示されている。

特開２００１−３４６７２号公報 本田直也、毛利進太郎、石井博昭著「クレーンの干渉を考慮した製鋼工程スケジューリング」、スケジューリング学会スケジューリング・シンポジウム２００２講演論文集、２００２年１０月１０日−１１日、ｐ．１０８−１１３

特許文献１及び非特許文献１等の従来のスケジューリングの技術においては、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産目標（即ち、製造ライン全体で要求される目標生産性）は一定であり処理時間が一定である（即ち、操業形態が選択可能でない）という仮定の下で、適切なスケジュールを作成している。しかしながら、実際の製造ラインにおいては、製造ラインの複数工程の一部においては、選択可能な操業形態が存在する場合がある。例えば、製造ラインのある工程において、必要とされる生産量に応じて処理時間が短くなるがコストが高くなる操業形態と、必要とされる生産量に応じて処理時間が長くなるがコストが安くなる操業形態が存在する場合がある。また、複数工程からなる製造ラインの場合、製造ライン全体の生産性が最も生産性が低い工程に依存する。即ち、複数工程からなる製造ラインの場合、平均的に見て生産性が一番低い工程（以下、「ネック工程」と称する。）と、平均的に見て生産性が二番目に低い工程（以下、「準ネック工程」と称する。）があり、このネック工程と準ネック工程の生産性が製造ライン全体の生産性に特に影響し、ネック工程と準ネック工程の各々の操業形態によっては、ネック工程と準ネック工程の生産性が逆転してしまう場合もある。また、ネック工程と準ネック工程の関係と同様に、複数工程の各工程についても、各工程の各々の操業形態によっては最も生産性が低い工程となりえ、製造ライン全体の生産性が変動してしまう場合もある。ここで、生産性とは、例えば、単位時間あたりの生産量のことを意味する。かかる場合には、従来のスケジューリングの技術を適用することができなかった。

ここで、複数工程からなる実際の製造ラインにおいて選択可能な操業形態が存在する場合の具体例について製鋼工場を例にとって詳述する。一般に製鋼工場では、溶銑から各種の不純物の除去、或いは添加が行われる。ここでは、不純物の除去のみについて説明を行う。各種の除去処理には、同じ処理設備であっても短時間で除去を行う方法と時間をかけて行う方法がある。例えば、短時間で処理して生産性を向上させたい場合には、加熱して温度を上昇させる（或いは冷却して温度を下降させる場合もある）、溶銑の攪拌速度を上げる、反応速度が速い化学薬品を利用するといった方法が採られる。また、化学薬品を多く投入しても、処理時間は短縮され生産性は向上する。通常、このように短時間で処理して生産性を向上させるような操業形態を実施すると、それに伴って処理にかかるコストが上昇する。尚、操業形態と処理時間（即ち、生産性）の関係は、離散的に変化する場合もあれば、連続的に変化する場合もある。また、操業形態とコストの関係も同様である。

生産性を優先する必要がある場合は、通常は全ての処理設備で最短の処理時間を実現することができる操業形態を採用する。これに対して、生産性を優先する必要がない場合、即ち、必要とされる生産量に比べて各処理設備に余裕がある場合は、コストを節約した操業形態を選択する。従って、生産性を向上させたい場合の方法と逆の方法（各種の除去処理については、例えば、加熱したり冷却したりしない、溶銑の攪拌速度を下げる、反応速度が遅い化学薬品を利用する、化学薬品の投入量を減らす）を採り、コストを節約する。

ここで、単独の処理設備からなる製造ラインであれば、製造ライン全体の生産目標（即ち、製造ライン全体で要求される目標生産性）が変動しても操業形態の選択は容易である。例えば、生産性を優先した通常操業で、単位時間当たり１００個生産可能であるとする。そして、コストを優先した節約操業では処理時間が１．２倍になるとすると、節約操業では単位時間当たり１００÷１．２＝８３．３個生産できる。従って、目標生産性が単位時間当たり８３個以下であれば、節約操業を行えば、目標生産性も達成できる上コストも安くなるし、目標生産性が単位時間当たり８３個より上であれば、通常操業を行えば、目標生産性が達成できる。ところが、対象とする製造ラインが複数工程からなる場合は、前述のようには考えられない。複数工程からなる製造ラインの場合、通常、製造ライン全体の生産性は平均的に見て一番生産性の低い工程であるネック工程の生産性に一致する。しかし、ネック工程に操業形態の選択の余地があり、生産性を高める操業形態を選択した場合は、ネック工程の生産性が平均的に見て二番目に生産性の低い工程である準ネック工程の生産性を上回る場合がある。かかる際は、製造ライン全体の生産性は準ネック工程の生産性に一致する。また、準ネック工程に操業形態の選択の余地がある場合もある。更に、他の全ての工程についても同様である。即ち、実際の製造ラインにおいては、製造ライン全体の生産性が変動する目標生産性を満たしつつ、コストを最適化（即ち、製造ライン全体のコストを最小に抑える）することができるネック工程及び準ネック工程の操業形態、更には各工程の操業形態を適切に選択する必要があるが、従来技術では選択可能な操業形態から合理的に操業形態の組み合わせを決定する技術が確立されていない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性が目標生産性を満たしつつ、コストを最適化する操業形態決定方法及び操業形態決定装置、並びにプログラムを提供するものである。

課題を解決するための手段及び効果

上記課題を解決するために、本発明に係る操業形態決定方法は、複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録ステップと、前記複数工程の各工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録ステップと、前記各工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録ステップと、前記各工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出ステップと、前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記各工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る操業形態決定装置は、複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段と、前記複数工程の各工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段と、前記各工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段と、前記各工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段と、前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記各工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段と、を備えることを特徴とする。

これによると、各工程の操業形態を組み合わせて、最も生産性が低い工程を製造ライン全体の生産性として算出し、各工程の操業形態の組み合わせの中から目標生産性を満足する各工程の操業形態の組み合わせの範囲を抽出し、更に、算出されるコストが最小となる各工程の操業形態を決定することにより、複数工程からなる製造ラインにおいて、目標生産性を考慮しつつ、コストを最適化することを実現することができる。

本発明に係る操業形態決定方法は、複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録ステップと、前記複数工程の中のネック工程と準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録ステップと、前記ネック工程の操業形態とコストの関係と、前記準ネック工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録ステップと、前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出ステップと、前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る操業形態決定装置は、複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段と、前記複数工程の中のネック工程と準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段と、前記ネック工程の操業形態とコストの関係と、前記準ネック工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段と、前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段と、前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段と、を備えることを特徴とする。

これによると、製造ライン全体の生産性に特に影響するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を組み合わせて、ネック工程あるいは準ネック工程のいずれか生産性が低いほうの工程を製造ライン全体の生産性として算出し、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中から目標生産性を満足するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲を抽出し、更に、算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定することにより、複数工程からなる製造ラインにおいて、目標生産性を考慮しつつ、コストを最適化することを実現することができる。ここで、ネック工程は、複数工程からなる製造ライン全体において平均的に見て生産性が一番低い工程を意味する。そして、準ネック工程は、平均的に見て生産性が二番目に低い工程が準ネック工程を意味する。尚、ネック工程及び準ネック工程は、予め操業者が設定しても良いし、別のコンピュータ等により自動的に設定されるものであっても良い。

ここで、本発明に係る操業形態決定方法は、前記操業形態選択ステップが、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択し、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は、前記生産性算出ステップで算出した生産性が最も高くなる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択して良い。

同様に、本発明に係る操業形態決定装置は、前記操業形態選択手段が、前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記要目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択し、前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は、前記生産性算出手段で算出した生産性が最も高くなる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択して良い。

これによると、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中に目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがある場合は、目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定することにより、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性が目標生産性を満たしつつ、コストを最適化することを実現することができる。また、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中に目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがない場合であっても、製造ライン全体の生産性が最も高いネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定することにより、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性を目標生産性にできるだけ近づけつつ、コストを最適化することを実現することができる。

また、本発明に係るプログラムは、コンピュータを上述したような操業形態決定装置として機能させることが可能なプログラムであり、上述したような操業形態決定装置と夫々同様の作用効果を奏する。なお、本発明に係るプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ、ＭＯなどのリムーバブル型記録媒体やハードディスクなどの固定型記録媒体に記録して配布可能である他、有線又は無線の電気通信手段によってインターネットなどの通信ネットワークを介して配布可能である。

以下、図面を参照しつつ、本発明である操業形態決定方法及び操業形態決定装置、並びにプログラムを実施するための最良の形態について、具体的な一例に即して説明する。

まず、本実施形態に係る操業形態決定方法及び操業形態決定装置、並びにプログラムで対象とする製造ラインの一例について、図３に基づいて説明する。図３は、製造ラインを示す図である。尚、図３において、各工程の幅はその工程における生産性を示すものであり、工程の幅が長いほど生産性が高いことを表している。

図３に示すように、製造ラインは、原料から製品になるまでの間に工程１〜工程ＮまでのＮ個の工程からなっている。そして、図３に示す製造ラインにおいては、工程Ｎがネック工程であり、工程１が準ネック工程である。ここで、図３に示す製造ラインが製鋼工場である場合は、ネック工程である工程Ｎが脱硫工程であり、準ネック工程である工程１が脱炭工程とする。

まず、本実施形態に係る操業形態決定装置１について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る操業形態決定装置のブロック図である。図１に示すように、操業形態決定装置１は、目標生産性記録部１０と、生産性記録部２０と、コスト記録部３０と、生産性算出部４０と、操業形態選択部５０と、から構成される。

ここで、図１に示されている操業形態決定装置１は、例えば汎用のコンピュータ（プロセスコンピュータ等）によって構成されている。かかるコンピュータには、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、当該コンピュータを操業形態決定装置１として機能させるためのプログラム（このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ、ＭＯなどのリムーバブル型記録媒体に記録しておくことにより、任意のコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記憶されている。そして、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、操業形態決定装置１が構築されている。

目標生産性記録部１０は、製造ライン全体で要求される目標生産性を記録するためのものである。目標生産性は、操業者が入力しても良いし、別のコンピュータ等により自動的に入力されるものであっても良い。

生産性記録部２０は、ネック工程における操業形態と生産性の関係、及び、準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録するためのものである。ネック工程における操業形態と生産性の関係、及び、準ネック工程における操業形態と生産性の関係は、操業者が入力しても良いし、別のコンピュータ等により自動的に入力されるものであっても良い。本実施形態においては、ネック工程である脱硫工程については、処理剤（脱硫剤）投入量を連続的に変化させる操業形態ｐがあり、ネック工程における操業形態と生産性の関係として、図４（ａ）に示すような関数ｆ１（ｐ）を用いて処理剤投入量と生産性の関係を入力する。また、準ネック工程である脱炭工程については、酸素吹き込み量をパターン１とパターン２の２パターンで離散的に変化させる操業形態ｑがあり、準ネック工程における操業形態と生産性の関係として、図４（ｂ）に示すような関数ｆ２（ｑ）を用いて酸素吹き込み量と生産性の関係を入力する。

コスト記録部３０は、ネック工程における操業形態とコストの関係、及び、準ネック工程における操業形態とコストの関係を記録するためのものである。ネック工程における操業形態とコストの関係、及び、準ネック工程における操業形態とコストの関係は、操業者が入力しても良いし、別のコンピュータ等により自動的に入力されるものであっても良い。本実施形態においては、ネック工程である脱硫工程については、前述の通り、処理剤投入量を連続的に変化させる操業形態ｐがあり、ネック工程における操業形態とコストの関係として、図５（ａ）に示すような関数ｃ１（ｐ）を用いて処理剤投入量とコストの関係を入力する。また、準ネック工程である脱炭工程については、前述の通り、酸素吹き込み量をパターン１とパターン２の２パターンで離散的に変化させる操業形態ｑがあり、準ネック工程における操業形態とコストの関係として、図５（ｂ）に示すような関数ｃ２（ｑ）を用いて酸素吹き込み量とコストの関係を入力する。

生産性算出部４０は、生産性記録部２０で記録したネック工程における操業形態と生産性の関係、及び、準ネック工程における操業形態と生産性の関係から、製造ライン全体の生産性を算出するためのものである。即ち、生産性算出部４０では、生産性記録部２０で記録したネック工程における操業形態と生産性の関係、及び、準ネック工程における操業形態と生産性の関係に基づいて、ネック工程における操業形態と準ネック工程における操業形態を組み合わせて、ネック工程と準ネック工程のいずれか生産性が低いほうの工程の生産性に基づいて、製造ライン全体の生産性を算出する。本実施形態においては、図４（ａ）に示す処理剤投入量と生産性の関係ｆ１（ｐ）と図４（ｂ）に示す酸素吹き込み量と生産性の関係ｆ２（ｑ）に基づいて、製造ライン全体の生産性を算出する。ここでは、製造ライン全体の生産性を、ネック工程の操業形態ｐと準ネック工程の操業形態ｑを変数とする関数Ｆ（ｐ，ｑ）で表す。そして、ネック工程の生産性ｆ１（ｐ）と準ネック工程の生産性ｆ２（ｑ）の生産性の低いほうを製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）とすればよい。即ち、製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）は下記の式１の通りとなる。

Ｆ（ｐ，ｑ）＝Ｍｉｎ｛ｆ１（ｐ），ｆ２（ｑ）｝・・・（式１）

本実施形態の場合、図４（ａ）、（ｂ）からわかるように、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン１の場合でありネック工程の処理剤投入量がｐ１以下の場合はネック工程の生産性が製造ライン全体の生産性となり、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン１の場合でありネック工程の処理剤投入量がｐ１より大きい場合は準ネック工程の生産性が製造ライン全体の生産性となる。また、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン２の場合でありネック工程の処理剤投入量がｐ２以下の場合はネック工程の生産性が製造ライン全体の生産性となり、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン２の場合でありネック工程の処理剤投入量がｐ２より大きい場合は準ネック工程の生産性が製造ライン全体の生産性となる。以上により算出された製造ライン全体の生産性Ｆを図６に示す。図６では、ｘ軸としてネック工程の操業形態である処理剤投入量ｐを、ｙ軸として製造ライン全体の生産性をとり、準ネック工程の２パターン（パターン１及び２）の操業形態である酸素吹き込み量ｑに応じて２本の線を描いている。尚、図６に示すとおり、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン１の場合はネック工程の処理剤投入量がｐ１より大きい場合に生産性がｗで一定となり、準ネック工程の酸素吹き込み量がパターン２の場合はネック工程の処理剤投入量がｐ２より大きい場合に生産性がｘで一定となる。

操業形態選択部５０は、目標生産性記録部１０で記録した目標生産性を考慮しつつ、生産性算出部４０で算出した製造ライン全体の生産性に基づいて、コスト記録部３０で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択するためのものである。即ち、製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）から目標生産性を満足するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲（目標生産性を満足するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがない場合は、製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）が最高となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲）を抽出し、抽出されたネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から総コストＣ（ｐ，ｑ）＝ｃ１（ｐ）＋ｃ２（ｑ）の値を最小にするネック工程の操業形態ｐと、準ネック工程の操業形態ｑを選択する。本実施形態では、図７に示すようなα、β、γの３つの目標生産性が製造ライン全体の生産性として要求されている場合のそれぞれについて考える。図７は、図６に示す製造ライン全体の生産性と目標生産性の関係を示す図である。

製造ライン全体で要求される目標生産性＝αである場合、図７に示す製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）から、準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン１とパターン２双方を選択することができることがわかる。従って、準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン１の場合は、ネック工程の処理剤投入量ｐがＡ以上であり、準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン２の場合は、ネック工程の処理剤投入量ｐがＢ以上である操業形態の組み合わせの範囲が抽出される。そして、抽出されたネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中で、総コストＣ（ｐ，ｑ）の値を最小にするネック工程の処理剤投入量ｑ＝Ａと準ネック工程の酸素吹き込み量ｑ＝パターン１の組み合わせが選択される。

製造ライン全体で要求される目標生産性＝βである場合、図７に示す製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）から、準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン２のみでなければならないことがわかる。従って、準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン２で、ネック工程の処理剤投入量ｐがＣ以上である操業形態の組み合わせの範囲が抽出される。そして、抽出されたネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中で、総コストＣ（ｐ，ｑ）の値を最小にするネック工程の処理剤投入量ｑ＝Ｃと準ネック工程の酸素吹き込み量ｑ＝パターン２の組み合わせが選択される。

製造ライン全体で要求される目標生産性＝γである場合、図７に示す製造ライン全体の生産性Ｆ（ｐ，ｑ）から、目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせは存在しないことがわかる。従って、最高の生産性となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲、即ち、最高の生産性ｘとなる準ネック工程の酸素吹き込み量ｑがパターン２で、ネック工程の処理剤投入量ｐがｐ２以上である操業形態の組み合わせの範囲が抽出される。そして、抽出されたネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中で、総コストＣ（ｐ，ｑ）の値を最小にするネック工程の処理剤投入量ｑ＝ｐ２と準ネック工程の酸素吹き込み量ｑ＝パターン２の組み合わせが選択される。

次に、本実施形態に係る操業形態決定装置１を用いた操業形態決定方法の処理の手順について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る操業形態決定方法の処理の手順について説明したフローチャートである。尚、本実施形態に係る操業形態決定方法の処理の手順の内容については、本実施形態に係る操業形態決定装置１の各部１０〜５０で記載した内容と同様であり、詳しい説明を省略する。

まず、目標生産性記録部１０に、製造ライン全体で要求される目標生産性を記録する（ステップＳ１：目標生産性記録ステップ）。

次に、生産性記録部２０に、ネック工程、準ネック工程それぞれの操業形態と生産性の関係を記録する（ステップＳ２：生産性記録ステップ）。

また、コスト記録部３０に、ネック工程、準ネック工程それぞれの操業形態とコストの関係を記録する（ステップＳ３：コスト記録ステップ）。

そして、生産性算出部４０において、ネック工程と準ネック工程の操業形態を組み合わせて製造ライン全体の生産性を算出する（ステップＳ４：生産性算出ステップ）。

次に、操業形態選択部５０において、ステップＳ４で算出した製造ライン全体の生産性に基づいて、ステップＳ１で記録した製造ライン全体で要求される目標生産性を満たすネック工程、準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在するかどうかを判断する（ステップＳ５：操業形態選択ステップ）。

そして、製造ライン全体で要求される目標生産性を満たす操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は（ステップＳ５：ＹＥＳ）、操業形態選択部５０において、目標生産性を満たすネック工程、準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から、コストが最も低い操業形態の組み合わせを選択する（ステップＳ６：操業形態選択ステップ）。

一方、製造ライン全体で要求される目標生産性を満たす操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、操業形態選択部５０において、生産性が最も高いネック工程、準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から、コストが最も低い操業形態の組み合わせを選択する（ステップＳ７：操業形態選択ステップ）。

このように、本実施形態の生産計画作成方法（図２に示すフローチャート）及び生産計画作成装置１、並びにプログラムによれば、製造ライン全体の生産性に特に影響するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を組み合わせて、生産性算出部４０においてネック工程あるいは準ネック工程のいずれか生産性が低いほうの工程を製造ライン全体の生産性として算出し（図２に示すステップＳ４：生産性算出ステップ）、操業形態算出部５０においてネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中から目標生産性を満足するネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせを抽出し（図２に示すステップＳ５：操業形態選択ステップ）、更に、算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定する（図２に示すステップＳ６、Ｓ７：操業形態選択ステップ）ことにより、複数工程からなる製造ラインにおいて、目標生産性を考慮しつつ、コストを最適化することを実現することができる。

また、操業形態算出部５０において、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中に目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがあるかどうか判断し（図２に示すステップＳ５：操業形態選択ステップ）、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中に目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがある場合は（図２に示すステップＳ５：ＹＥＳ）、目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定することにより（図２に示すステップＳ６：操業形態選択ステップ）、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性が目標生産性を満たしつつ、コストを最適化することを実現することができる。また、ネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの中に目標生産性を満たすネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせがない場合であっても（図２に示すステップＳ５：ＮＯ）、製造ライン全体の生産性が最も高いネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から算出されるコストが最小となるネック工程の操業形態と準ネック工程の操業形態を決定することにより（図２に示すステップＳ７：操業形態選択ステップ）、複数工程からなる製造ラインにおいて、製造ライン全体の生産性を目標生産性にできるだけ近づけつつ、コストを最適化することを実現することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。

上述の実施形態では、ネック工程と準ネック工程の操業形態と生産性の関係を表す式ｆ１（ｐ）、ｆ２（ｑ）及びネック工程と準ネック工程の操業形態とコストの関係を表す式ｃ１（ｐ）、ｃ２（ｑ）の各関数の形が単純（単調増加あるいは一定）であるが、これらの関係式の関数形が複雑であっても実現することが可能である。即ち、製造ライン全体で要求される目標生産性をωで表すと、選択されるネック工程と準ネック工程の操業形態を下記のようになる。

ω≦ｍａｘＦ（ｐ，ｑ）の場合（目標生産性が満足可能であれば）、評価関数Ｃ（ｐ，ｑ）を最小化する（ｐ、ｑ）を、制約条件下ω≦ｍａｘＦ（ｐ，ｑ）で求める。

ω＞ｍａｘＦ（ｐ，ｑ）の場合（目標生産性が満足不可能であれば）、評価関数−Ｍ×Ｆ（ｐ，ｑ）＋Ｃ（ｐ，ｑ）を最小化する（ｐ、ｑ）を、制約条件なしで求める。ここで、ＭはＣ（ｐ，ｑ）の値に比べて十分大きい正の値とする。

そして、上述の最適化問題を、例えば、ＳＡ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ法）等を用いて解くことにより、決定すべきネック工程と準ネック工程の操業形態をコンピュータ上で算出することができる。

また、上述の実施形態では、ネック工程と準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択しているが、それに限らない。即ち、複数工程の各工程の操業形態と生産性の関係に基づいて各工程の操業形態を組み合わせて生産性を算出し、目標生産性を満たす各工程の操業形態を組み合わせの範囲の中から各工程の操業形態とコストの関係に基づいて算出される製造ライン全体のコストを最小とする各工程の操業形態組み合わせを選択しても良い。この場合、複数工程からなる製造ラインにおいて、目標生産性を考慮しつつ、コストをより最適化することができる。

本実施形態に係る操業形態決定装置のブロック図である。 本実施形態に係る操業形態決定方法の処理の手順について説明したフローチャートである。 複数工程からなる製造ラインを示す図である。 （ａ）は、ネック工程における操業形態と生産性の関係として、処理剤投入量と生産性の関係を示す図であり、（ｂ）は、準ネック工程における操業形態と生産性の関係として、酸素吹き込み量と生産性の関係を示す図である。 （ａ）は、ネック工程における操業形態とコストの関係として、処理剤投入量とコストの関係を示す図であり、（ｂ）は、準ネック工程における操業形態とコストの関係として、酸素吹き込み量とコストの関係を示す図である。 ネック工程における操業形態と生産性の関係及び準ネック工程における操業形態と生産性の関係に基づいて算出された製造ライン全体の生産性を示す図である。 図６に示す製造ライン全体の生産性と目標生産性の関係を示す図である。

符号の説明

１ 操業形態決定装置
１０ 目標生産量記録部
２０ 生産量記録部
３０ コスト記録部
４０ 生産性算出部
５０ 操業形態選択部
Ｓ１ 目標生産性記録ステップ
Ｓ２ 生産性記録ステップ
Ｓ３ コスト記録ステップ
Ｓ４ 生産性算出ステップ
Ｓ５〜Ｓ７ 操業形態選択ステップ

Claims (9)

1. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録ステップと、
   前記複数工程の各工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録ステップと、
   前記各工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録ステップと、
   前記各工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出ステップと、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記各工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択ステップと、
   を備えることを特徴とする操業形態決定方法。
2. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録ステップと、
   前記複数工程の中のネック工程と準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録ステップと、
   前記ネック工程の操業形態とコストの関係と、前記準ネック工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録ステップと、
   前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出ステップと、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択ステップと、
   を備えることを特徴とする操業形態決定方法。
3. 前記操業形態選択ステップは、
   前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択し、
   前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は、前記生産性算出ステップで算出した生産性が最も高くなる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録ステップで記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択することを特徴とする請求項２に記載の操業形態決定方法。
4. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段と、
   前記複数工程の各工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段と、
   前記各工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段と、
   前記各工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段と、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記各工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段と、
   を備えることを特徴とする操業形態決定装置。
5. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段と、
   前記複数工程の中のネック工程と準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段と、
   前記ネック工程の操業形態とコストの関係と、前記準ネック工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段と、
   前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段と、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段と、
   を備えることを特徴とする操業形態決定装置。
6. 前記操業形態選択手段は、
   前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択し、
   前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は、前記生産性算出手段で算出した生産性が最も高くなる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択することを特徴とする請求項５に記載の操業形態決定装置。
7. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段、
   前記複数工程の各工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段、
   前記各工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段、
   前記各工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出ステップで算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記各工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段、
   としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
8. 複数工程からなる製造ライン全体に要求される目標生産性を記録する目標生産性記録手段、
   前記複数工程の中のネック工程と準ネック工程における操業形態と生産性の関係を記録する生産性記録手段、
   前記ネック工程の操業形態とコストの関係と、前記準ネック工程の操業形態とコストの関係を記録するコスト記録手段、
   前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態を組み合わせて前記製造ライン全体の生産性を算出する生産性算出手段、
   前記目標生産性を考慮しつつ、前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択する操業形態選択手段、
   としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
9. 前記操業形態選択手段は、
   前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在すると判断した場合は、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択し、
   前記生産性算出手段で算出した生産性に基づいて、前記目標生産性を満たす前記ネック工程の操業形態と前記準ネック工程の操業形態の組み合わせが存在しないと判断した場合は、前記生産性算出手段で算出した生産性が最も高くなる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせの範囲の中から前記コスト記録手段で記録した操業形態とコストの関係から算出されるコストが最小となる前記ネック工程の操業形態及び前記準ネック工程の操業形態の組み合わせを選択することを特徴とする請求項８に記載のプログラム。

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