JP2007122127A - 鉄鋼製品の生産計画装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学成分許容範囲の異なる製品群を取り合わせて出鋼ロット集約を行うに際して、成分運用可能範囲を適切に緩和することにより、複数のシナリオの検討が自動的に実施できるとともに、生産向上などに貢献可能な解を提示できる鉄鋼製品の生産計画装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】計画対象に関するデータを入力するデータ入力処理部と、前記データを統計的に解析するデータ統計解析処理部と、複数の計画作成方針および作成条件を指示するシナリオを設定するシナリオ設定処理部と、前記シナリオに基づいてロット集約を実行するロット集約実行処理部と、複数のロット集約結果を提示して意志決定者の判断を支援する結果表示部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼製品の製造設備における生産計画を作成する鉄鋼製品の生産計画装置及び方法に関し、特に、化学成分許容範囲の異なる製品群を取り合わせて出鋼ロット集約を行うに際して、成分運用可能範囲を適切に緩和することにより、生産向上などに貢献可能な解を提示できる鉄鋼製品の生産計画装置及び方法に関するものである。

従来の鉄鋼製品の生産計画方法及び装置には、例えば特許文献１に開示されたチャージ編成方法及び装置と称する技術がある。この技術は、核となるスラブを変更しながら、ロットを拡大してゆく方法である。
特開昭６０−２５１２１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、成分に関する条件一定のもとではスラブをロット集約するキャスト編成を行うことは可能であるが、成分条件を緩和可能な場合においては、どのスラブのどの成分を緩和することがトータル評価において効果が大きいかどうかを判断することまでは困難である。従って、意思決定者による試行錯誤に頼らざるを得ないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、化学成分許容範囲の異なる製品群を取り合わせて出鋼ロット集約を行うに際して、成分運用可能範囲を適切に緩和することにより、複数のシナリオの検討が自動的に実施できるとともに、生産向上などに貢献可能な解を提示できる鉄鋼製品の生産計画装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、鉄鋼製品の製造設備の生産計画を作成する鉄鋼製品の生産計画装置において、計画対象に関するデータを入力するデータ入力処理部と、前記データを統計的に解析するデータ統計解析処理部と、複数の計画作成方針および作成条件を指示するシナリオを設定するシナリオ設定処理部と、前記シナリオに基づいてロット集約を実行するロット集約実行処理部と、複数のロット集約結果を提示して意志決定者の判断を支援する結果表示部とを備えることを特徴とする、鉄鋼製品の生産計画作成装置である。

また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鉄鋼製品の生産計画作成装置において、前記データ入力処理部は、鋳造計画データ、材源データ、成分マスター、および成分重なりマスターをデータとして入力することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成装置である。

また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の生産計画作成装置において、前記シナリオ設定処理部は、生産性優先シナリオ、納期優先シナリオなど複数のシナリオを設定することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成装置である。

さらに本発明の請求項４に係る発明は、鉄鋼製品の製造設備の生産計画を作成する鉄鋼製品の生産計画方法において、鋳造計画データ、材源データ、成分マスター、および成分重なりマスターをデータとして入力するデータ入力工程と、前記材源データを前記成分マスターのグレード−成分レベル並び順に従ってグルーピングして成分グループデータを作成する成分グループデータ作成工程と、作成した成分グループ別に、所属する材源の情報を集計して解析ファイルを作成する解析ファイル作成工程と、作成した解析ファイルを所定の目的関数によってソートして評価ファイルを作成する評価ファイル作成工程と、作成した評価ファイルの先頭行の成分グループを参照し、製造ロットを作成する鋳造計画作成工程と、作成した製造ロットの結果評価を行う結果評価工程と、を有することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成方法である。

本発明では、化学成分許容範囲の異なる製品群を取り合わせて出鋼ロット集約を行うに際して、成分運用可能範囲を適切に緩和することにより、複数のシナリオの検討を自動的に実施できるようにしたので、最適な生産計画を短時間で作成することができる。

図１は、本発明に係る鉄鋼製品の生産計画装置例の概要を示す図である。本装置は、計画対象に関するデータを入力するデータ入力処理部１０と、前記データを統計的に解析するデータ統計解析処理部１１と、複数の計画作成方針および作成条件を指示するシナリオを設定するシナリオ設定処理部１２と、前記シナリオに基づいてロット集約を実行するロット集約実行処理部１３と、複数のロット集約結果を提示して意志決定者の判断を支援する結果表示部１４と、前記１０から１４の各部とのデータ入出力を行う記憶装置１５とから成っている。

図３は、本発明が対象としている製造設備(プロセス)の一例を示す図である。溶鉱炉２０は、鉄鉱石を熱で溶融して、溶銑を得る装置であり、高炉ともよばれている。転炉２１は、溶鉱炉から受け入れた溶銑(製造ロット（200-300ton）)を脱炭処理にて溶鋼にする装置である。二次精錬２２は、溶鋼(製造ロット（同上）)の成分調整する装置である。さらに、鋳造２３では、中間製品（スラブ：10-20ton）を鋳造する装置である。ここでは、制約条件として例えば鋳造幅変更量（製造ロットあたり150mm）がある。

上述の転炉２１から鋳造２３までのプロセス群の生産計画を、総称して出鋼計画または鋳造計画とよぶ。次に、本発明における処理方法について、図および表を用いて詳説する。

図２は、本発明の処理フロー例を示すフローチャートである。
１）データ入力(Step０１)
ここでは、以下に示す各種データの読み込みを、それぞれのデータファイル(１５１〜１５４)から行う。なお、それぞれのデータファイルは１つの記憶装置に格納してあってもよいし、別々の記憶装置に格納してあってもよい。
(ａ)鋳造計画データ・・・製造年月日、鋳造マシン別の鋳造目標チャージ数
(ｂ)材源データ ・・・表１に示すように、注文Noで識別されおり、成分に関してはグレードと成分レベルの２つのデータを持っている。

(ｃ)成分マスター ・・・表２に示すように、グレードと成分レベルの２つのキーデータで識別され、各元素の化学成分レンジを規定する。１グレードが複数の成分レベルを持つことができる。

(ｄ)成分重なりマスター・・・表３に示すように、主要化学成分について製造可能な成分重なり量最小値を規定する。グレード−成分レベルで規定される化学成分レンジが複数重なった場合の重複レンジが本マスター値以上の場合は、当該注文群は同一タイミングで製造可能である。

２）成分グループデータ作成(Step０２)
材源データを成分マスターのグレード−成分レベル並び順に従ってグルーピングする。同一グレード−成分レベルの注文群に対して種別データを起番する。表４に示す例では、注文No.AA003とAA004が同一グレード−成分レベルであるので、同じ種別3が起番されている。

グレード−成分レベル別の全種別データを対象に、２つ以上の種別データを重ね合わせた場合の重複レンジを計算する。重ね合わせの上限は設けないので、10種以上が重なることもある。図６は、種別が３つの場合の成分重なり状態の例を示す図である。この場合、重なりのある成分グループ候補が３つ（１＆２、１＆２＆３、２＆３）、重なりのない成分グループ候補が２つ（１のみ、２のみ）得られている。

成分重なりマスターの重なり量最小値以上の成分レンジを持つ候補を、実際の成分グループデータ（例えば、鋼種などの分類データ）として採用する。その結果、表５のような成分グループデータが作成できる。

本実施例では化学成分レンジがグレード−成分レベル別に与えられているため、材源データがなくても事前に成分グループデータを作成することが可能である。

しかしながら、本実施例で記載したように材源データの存在するグレードだけを対象とすることで、必要最小限の成分グループデータに絞り込むことが可能になり、計算負荷を低減できる。このStepで作成されたデータは、成分グループデータ１５５に記憶される。

図４は、成分グループと成分レンジの例を示す図である。異なる成分レンジ（広・狭）を持つ３つの成分グループ（Ａ・Ｂ・Ｃ）を想定している。縦軸はユニット単位で表現した成分レンジを表す。なお、ユニット単位とは、特定の成分に関する重量比率を任意の数値範囲毎に区切ったものであり、例えば0.01％、0.1％を１ユニットの単位として表示したものである。したがって、成分レンジが広いものは、図４ではユニット単位の枠が多いものであり、逆に成分レンジが狭いものは、ユニット単位の枠が少ないものである。

一例として、図４左上（成分グループＡで成分レンジが広い場合）で１の記入された長方形が成分グループＡの成分レンジを示しており、広いレンジで２ユニット〜７ユニットの６ユニット分の広がりを許容していることを示す。それに対して図４左中（成分グループＡで成分レンジが狭い場合）は同じ成分グループＡが狭いレンジで３ユニット〜６ユニットの４ユニット分の広がりを許容していることを示す。

狭い成分レンジを採用する方が、製造リスクを小さくできて、かつ品質的に安定となる。しかしながら製造ロットが細分化される傾向があるため、歩留が低下する可能性を含んでいる。広い成分レンジを採用すると、複数の成分グループを同一の製造ロットに集約できるため、歩留向上に寄与する可能性がある。しかしながら低コストで製造可能な製品を、わざわざ割高な成分で製造する可能性や、製造リスクが増加する可能性がある。

以上のことから、基本的に狭い成分レンジで運用し、製造ロット集約に効果のある最小限の成分グループについて広い成分レンジに拡張することが好ましい。本実施例においても、この戦略で成分レンジを拡張する解を探す。成分グループＡ・Ｂ・Ｃは図４上で同じ成分レンジを共有している。

さらに、図５は、成分グループの成分レンジ重複度を示す図である。横軸はユニット単位で表現した成分レンジ（図４における縦軸に対応する）を表す。縦軸は当該ユニットにおける成分グループの重なり具合を数値で表している。よって本例では０（Ａ・Ｂ・Ｃひとつも存在しない）から３（Ａ・Ｂ・Ｃすべて重なって存在する）までの数値をとりうる。

「範囲狭」は各成分グループの狭い成分レンジ同士を３つ重ねた場合の重複度を表し、「範囲広」は各成分グループの広い成分レンジ同士を３つ重ねた場合の重複度を表す。グラフから明白なように、成分運用の基本となる「範囲狭」では、成分グループＡ・Ｂ・Ｃすべて重なって存在する成分レンジ４ユニットのみである。

表１に示したように、製造においてはある程度の成分バラツキを想定する必要があり、翻実施例では表２に示した成分重なりマスターがそれに相当する。

成分重なりが１ユニットしかない状態では製造はリスクを伴い困難である。そこで最小限の成分拡張により、成分レンジが重複するユニットを２以上に広げられる解を探索する。本例では成分グループＢを拡張する（成分グループＢを広い成分レンジにする）のが最も好ましい。図５の「B拡張」はその結果をしめしたものであり、成分レンジが重複するユニットが３ユニットに拡大している。

本実施例では原理を説明するために１成分しか記載していないが、実際には複数の異なる化学成分において探索を行う必要がある。表５は上記の過程で得られる複数の成分重なり状態のそれぞれに改めて「成分グループ」と名付けたものであり、図４，５の「成分グループ」および「成分レンジ」の組み合わせで得られる上位の製造ロットである。
３）解析ファイル作成(Step０３)
成分グループ別に、当該グループに所属する材源の情報を集計する。集計内容は重量、注文単位の緊急性重みを乗じた重量、計画幅25mmピッチの重量・注文単位の緊急性重みを乗じた重量、計画幅150mmピッチの重量・注文単位の緊急性重みを乗じた重量などである。このStepで作成された解析ファイルは、解析ファイル１５６に記憶される。
４）評価ファイル作成(Step０４)
解析ファイルを所定の目的関数によってソートする。ソートのキーとしてどのデータを使用するかによって、生産計画に複数のシナリオを設定可能である。また、計画の前半と後半でシナリオを変えることも可能である。

計画幅150mmピッチの注文単位の緊急性重みを乗じた重量をソートキーとして降順にソートを行う場合を例に、シナリオの一例を説明する（表６参照）。

計画幅150mmピッチとは、鋳造制約の許容幅レンジを想定しており、製造ロット（チャージ）がどの幅に多く分布しているかを判定する指標となる。さらに注文単位の緊急性重みを乗じることで、緊急に処理すべき注文の存在範囲を予測できる。すなわち納期優先シナリオである。

これに対して計画幅150mmピッチの注文単位の緊急性重みを乗じない重量をソートキーとした場合には、鋳造幅の視点で見たときにロットの大きい幅を見つけることができるので、生産性優先シナリオであるといえる。ただし緊急性の重みを考慮しないことで、納期遅延や在庫増加などのマイナス要素が顕在化する可能性を含んでいる。

よって実際の運用では、計画全般を一種類のシナリオで作成するのではなく、まず緊急性評価による計画を部分的に作成し、その後に生産性優先シナリオで生産量を確保する2段階アプローチが好ましい。なおシナリオには、集約度優先、コスト優先など種々考えられる。このStepで作成された評価ファイルは、評価ファイル１５７に記憶される。
５）鋳造計画作成(Step０５)
評価ファイルの先頭行の成分グループを参照し、製造ロットを作成する。製造ロットは複数チャージから成り、1チャージには10数枚の中間製品（スラブ）を組み込む。制約条件はチャージ重量max、鋳造幅レンジである。

製造ロットを1つ作成し終わったら、前記３）と４）の処理を繰り返して行い、次候補を選ぶ作業を繰り返す（表７参照）。鋳造計画目標チャージ数の製造ロットを作成し終えたら計画作成を終了する。

この作業を繰り返す過程で、前述のようにシナリオをダイナミックに変更することも可能である。また、複数提案を実行し、結果を比較して最も好ましい解をオペレータが選択する形態を取ることも可能である。結果出力は例えば表８のように整理し、解の評価が容易に行えるようにし、結果ファイル１５８に格納するとともに、次工程Step０６に送られる。

６）結果評価(Step０６)
ここでは、前Ｓｔｅｐで得た鋳造計画（製造ロットの作成）の結果評価を行う。結果評価を行う指標としては、表８のような組込オーダ重量、組込チャージ数、チャージ編成率（集約度）、納期充足度（緊急材組込重量および緊急材組込率、やオーダ群平均納期）、およびコストなどが挙げられる。
７）採用シナリオ決定(Step０７)
意志決定者が種々の指標の結果評価値に基づいて、採用するシナリオを決定する。

本発明に係る鉄鋼製品の生産計画装置例の概要を示す図である。 本発明の処理フロー例を示すフローチャートである。 本発明が対象としている製造設備(プロセス)の一例を示す図である。 成分グループと成分レンジの例を示す図である。 成分グループの成分レンジ重複度を示す図である。 種別が３つの場合の成分重なり状態の例を示す図である。

符号の説明

１０ データ入力処理部
１１ データ統計解析処理部
１２ シナリオ設定処理部
１３ ロット集約実行処理部
２０ 溶鉱炉
２１ 転炉
２２ 二次精錬
２３ 鋳造
１４ 結果表示処理部
１５ 記憶装置
１５１ 成分重なりマスター
１５２ 材源データ
１５３ 鋳造計画データ
１５４ 成分マスター
１５５ 成分グループデータ
１５６ 解析ファイル
１５７ 評価ファイル
１５８ 結果ファイル

Claims (4)

1. 鉄鋼製品の製造設備の生産計画を作成する鉄鋼製品の生産計画装置において、
   計画対象に関するデータを入力するデータ入力処理部と、前記データを統計的に解析するデータ統計解析処理部と、複数の計画作成方針および作成条件を指示するシナリオを設定するシナリオ設定処理部と、前記シナリオに基づいてロット集約を実行するロット集約実行処理部と、複数のロット集約結果を提示して意志決定者の判断を支援する結果表示部とを備えることを特徴とする、鉄鋼製品の生産計画作成装置。
2. 請求項１に記載の鉄鋼製品の生産計画作成装置において、
   前記データ入力処理部は、
   鋳造計画データ、材源データ、成分マスター、および成分重なりマスターをデータとして入力することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の生産計画作成装置において、
   前記シナリオ設定処理部は、
   生産性優先シナリオ、納期優先シナリオなど複数のシナリオを設定することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成装置。
4. 鉄鋼製品の製造設備の生産計画を作成する鉄鋼製品の生産計画方法において、
   鋳造計画データ、材源データ、成分マスター、および成分重なりマスターをデータとして入力するデータ入力工程と、
   前記材源データを前記成分マスターのグレード−成分レベル並び順に従ってグルーピングして成分グループデータを作成する成分グループデータ作成工程と、
   作成した成分グループ別に、所属する材源の情報を集計して解析ファイルを作成する解析ファイル作成工程と、
   作成した解析ファイルを所定の目的関数によってソートして評価ファイルを作成する評価ファイル作成工程と、
   作成した評価ファイルの先頭行の成分グループを参照し、製造ロットを作成する鋳造計画作成工程と、
   作成した製造ロットの結果評価を行う結果評価工程と、
   を有することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画作成方法。

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