JP2009277095A - Production plan making device, production plan making method, program, and computer-readable storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、製造業において与えられた複数注文の属性に基づいて、自動的に複数ロットにまとめ、生産計画を立案する生産計画立案装置、生産計画立案方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、特に、金属製品の製造業における出鋼計画を立案するときに用いて好適な技術に関する。 The present invention relates to a production plan planning apparatus, a production plan planning method, a program, and a computer-readable storage medium for automatically collecting a plurality of lots and planning a production plan based on attributes of a plurality of orders given in the manufacturing industry. In particular, the present invention relates to a technique suitable for use in drafting a steel production plan in the metal product manufacturing industry.
製造業において工場の生産計画を立案する場合には、複数の注文を製造する際の大量生産による生産性向上の観点から、複数注文を適切な大きさのロットにまとめて製造することが多い。 When planning a production plan for a factory in the manufacturing industry, it is often the case that a plurality of orders are collected into lots of an appropriate size from the viewpoint of improving productivity by mass production when manufacturing a plurality of orders.
例えば鉄鋼製造業では、製鋼設備における製品の化学的成分が同一の注文を複数まとめてロット単位で生産することが求められており、製鋼設備は基本的に同一成分の鋼の大量生産を目指した設備である。大規模な製鉄所では、300〜350トン程度の溶鋼鍋を1チャージとして精錬し、7〜15チャージを1キャストとして、連続鋳造設備において連続鋳造される(いわゆる連連鋳)。連続鋳造工程においては、同一キャストには同一成分のチャージの数が多いほど(ロットが大きいほど)、異なる成分のチャージ間の継ぎ目数(異鋼種継ぎ目数)が少なくなり、歩留が向上するため好ましい。 For example, in the steel manufacturing industry, it is required to produce lots of orders with the same chemical composition of products in steelmaking facilities in batch units, and steelmaking facilities basically aimed at mass production of steel of the same components. Equipment. In a large-scale steelworks, a molten steel pan of about 300 to 350 tons is refined as one charge, and 7 to 15 charges are cast as one cast and continuously cast in a continuous casting facility (so-called continuous casting). In the continuous casting process, the same cast has more charges of the same component (the larger the lot), the smaller the number of joints (charges of different steel types) between charges of different components, and the yield is improved. preferable.
その一方、製造工程は製鋼、圧延、精整、出荷等の複数の製造設備からなり、製鋼工程でのロットの生産性の追及が他の製造設備の生産性を低下させたり、製鋼設備でのロットまとめが下流工程での製造負荷集中につながり仕掛増や製造工期増を引き起こしたりすることがある。また、ロットを作るための先作りは余分な製品在庫や、それに応じた工期増を引き起こすことがある。すなわち、設備制約と納期制約を満足しつつ、製鋼設備においてなるべく同一成分の鋼をまとめて生産することができる生産計画を作成する必要がある。 On the other hand, the manufacturing process consists of multiple manufacturing facilities such as steelmaking, rolling, refining, shipping, etc. Pursuing lot productivity in the steelmaking process reduces the productivity of other manufacturing facilities, Lot summarization may lead to concentration of manufacturing load in the downstream process, which may cause an increase in work in progress and an increase in the manufacturing period. In addition, pre-fabrication for making a lot may cause extra product inventory and a corresponding increase in work period. That is, it is necessary to create a production plan that can produce as much steel as possible in the steelmaking facility while satisfying the facility constraints and the delivery date constraints.
このような問題を解決するために、特許文献1には、生産計上管理日を基準として各工程間の標準工期によって仮出鋼希望日を逆算し、仮出鋼希望日の早い順に鋼種別にロットを作成した後、決められた優先順位に従って生産工程に投入することで各生産ラインの稼働率の均等化や納期管理を達成する方法が開示されている。
In order to solve such a problem,
また、特許文献2には、下工程における製造負荷の平準化達成のために、製造工程を基準として分類された各品種は下工程の能力枠に充当した上で鋳造要望日が付与され、鋳造要望日別品種別に充当量と鋳造要望量との較差が最小となるように2次計画法により粗製造ロットに割り振る方法が開示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、仮出鋼希望日の早い順に鋼種別に製造ロットを作成した後、決められた優先順位に従って生産工程に投入されるというものであり、設備・納期制約の遵守とロットサイズの最適性が保証されていないという問題があった。
However, the invention described in
また、特許文献2に記載の発明は、複数鋼種の出鋼枠である粗製造ロットに対して複数品種を充当するものであり、粗製造ロットの求め方については何ら開示されていない。
Further, the invention described in
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、製造業において与えられた複数種類の製品に対する複数の注文の属性に基づいて、設備や納期といった様々な制約を満足する中で、ロットの大きさが最適となるように自動的に注文を複数ロットにまとめ、生産計画を立案できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the situation as described above, and based on the attributes of multiple orders for multiple types of products given in the manufacturing industry, while satisfying various constraints such as equipment and delivery time, The purpose is to automatically assemble orders into a plurality of lots so that the size of the lot is optimal and to make a production plan.
本発明の生産計画立案装置は、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、同一属性の製品をロットにまとめて加工する生産計画を立案する生産計画立案装置であって、
複数の注文情報を格納するデータベースと、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む入力手段と、
前記入力手段で取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定手段と、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定手段と、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出手段と、
前記最適解算出手段で算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の生産計画立案装置の他の特徴とするところは、前記評価関数が、製造日又は製造時間別及び種類別の製造の有無を表す前記0又は1の変数δの和である点にある。
また、本発明の生産計画立案装置の他の特徴とするところは、前記最適解算出手段は、前記変数δが0又は1の整数であるという条件を一部緩和して、前記変数δの一部の値が非整数であるという条件の下で、前記制約式を満足し、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの実数値を算出する処理と、前記変数δに整数条件を設けた製造時間に属する前記変数δのうち、0値を有する一部又は全ての前記変数δを0に固定する処理と、を前記変数δが全て整数値になるまで繰り返す点にある。
また、本発明の生産計画立案装置の他の特徴とするところは、前記最適解算出手段は、混合整数計画法を用いて前記制約式を満足し、前記評価関数値の値を最大又は最小にして最適とする点にある。
本発明の生産計画立案装置方法は、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、同一属性の製品をロットにまとめて加工する生産計画を立案する生産計画立案方法であって、
複数の注文情報をデータベースに格納する注文情報格納ステップと、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む注文情報入力ステップと、
前記入力ステップで取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定ステップと、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定ステップと、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出ステップと、
前記最適解算出ステップで算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示ステップと、からなることを特徴とする。
また、本発明の生産計画立案方法の他の特徴とするところは、前記評価関数が、製造日又は製造時間別及び種類別の製造の有無を表す前記0又は1の変数δの和である点にある。
また、本発明の生産計画立案方法の他の特徴とするところは、前記最適解算出ステップにおいて、前記変数δが0又は1の整数であるという条件を一部緩和して、前記変数δの一部が非整数であるという条件の下で、前記制約式を満足し、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの実数値を算出する処理と、前記変数δに整数条件を設けた製造時間に属する前記変数δのうち、0値を有する一部又は全ての前記変数δを0に固定する処理と、を前記変数δが全て整数値になるまで繰り返す点にある。
また、本発明の生産計画立案装置の他の特徴とするところは、前記最適解算出ステップにおいて、混合整数計画法を用いて前記制約式を満足し、前記評価関数値の値を最大又は最小にして最適とする点にある。
本発明のプログラムは、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、同一属性の製品をロットにまとめて加工する生産計画を立案するためのプログラムであって、
複数の注文情報をデータベースに格納する注文情報格納処理と、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む注文情報入力処理と、
前記注文情報入力処理で取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定処理と、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定処理と、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出処理と、
前記最適解算出手段で算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示処理と、をコンピュータに実行させる。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、本発明のプログラムを記録したことを特徴とする。
本発明において、種類(製品の種類)とは、製造仕様の異なる製品を言う。また、属性(製品の属性)とは、同一ロットに集約可能なキーを言う。
The production plan planning device of the present invention is a production plan planning device for planning a production plan for processing a product having the same attribute in a lot in a manufacturing plant that produces a plurality of types of products,
A database that stores multiple order information;
Input means for fetching the plurality of order information from the database;
Based on the order information fetched by the input means, a constraint expression setting means for setting a constraint expression using the variable x representing equipment and delivery date constraints;
Evaluation function setting means for setting an evaluation function expressed using a variable δ which is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 A calculation means;
Output display means for outputting and displaying a production plan composed of operating conditions corresponding to the value of the variable x calculated by the optimum solution calculating means.
Further, another feature of the production planning apparatus according to the present invention is that the evaluation function is a sum of the variables δ of 0 or 1 representing whether or not manufacturing is performed by manufacturing date or manufacturing time and by type. It is in.
Another feature of the production planning apparatus according to the present invention is that the optimum solution calculating means partially relaxes the condition that the variable δ is an integer of 0 or 1, and A process of calculating a real value of the variable x that satisfies the constraint equation and optimizes the value of the evaluation function as a maximum or minimum under a condition that a value of a part is a non-integer, and the variable δ The process of fixing a part or all of the variables δ having 0 values to 0 among the variables δ belonging to the manufacturing time provided with integer conditions is repeated until all the variables δ become integer values. is there.
Another feature of the production planning apparatus of the present invention is that the optimum solution calculating means satisfies the constraint equation using a mixed integer programming method, and maximizes or minimizes the value of the evaluation function value. It is in the point to be optimal.
The production plan planning apparatus method of the present invention is a production plan planning method for planning a production plan for processing a product having the same attribute in a lot in a manufacturing plant that produces a plurality of types of products,
An order information storage step for storing a plurality of order information in a database;
Order information input step for fetching the plurality of order information from the database;
A constraint equation setting step for setting a constraint equation using the variable x representing the facility and delivery date constraint based on the order information captured in the input step;
An evaluation function setting step for setting an evaluation function expressed using a variable δ that is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 A calculation step;
An output display step for outputting and displaying a production plan composed of operation conditions corresponding to the value of the variable x calculated in the optimum solution calculating step.
Further, another feature of the production planning method of the present invention is that the evaluation function is a sum of the variables δ of 0 or 1 representing whether or not manufacturing is performed by manufacturing date or manufacturing time and by type. It is in.
Another feature of the production planning method of the present invention is that, in the optimum solution calculating step, the condition that the variable δ is an integer of 0 or 1 is partially relaxed, and A process of calculating a real value of the variable x that satisfies the constraint formula and optimizes the evaluation function value as a maximum or a minimum under a condition that a part is a non-integer, and an integer for the variable δ Among the variables δ belonging to the manufacturing time for which conditions are set, the process of fixing a part or all of the variables δ having 0 values to 0 is repeated until all the variables δ become integer values.
Another feature of the production planning apparatus according to the present invention is that, in the optimum solution calculating step, the constraint equation is satisfied using a mixed integer programming, and the value of the evaluation function value is maximized or minimized. It is in the point to be optimal.
The program of the present invention is a program for creating a production plan for processing products having the same attribute in a lot in a manufacturing plant that produces a plurality of types of products,
Order information storage processing for storing a plurality of order information in a database;
Order information input processing for fetching the plurality of order information from the database;
Based on the order information captured in the order information input process, a constraint expression setting process for setting a constraint expression using a variable x representing a facility and a delivery date constraint;
An evaluation function setting process for setting an evaluation function represented using a variable δ which is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 Calculation process,
And causing the computer to execute an output display process for outputting and displaying a production plan including an operation condition corresponding to the value of the variable x calculated by the optimum solution calculating means.
A computer-readable storage medium according to the present invention records the program according to the present invention.
In the present invention, the type (product type) refers to a product having different manufacturing specifications. The attribute (product attribute) is a key that can be collected in the same lot.
本発明によれば、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、ある制約条件下で同一属性の製品をロットにまとめて加工する製造工程において生産計画を求める場合に、考慮すべき全ての設備・納期制約を設定し、ロット計画の良否を判定する評価関数の値を最適にしてロット計画を立案することができる。
特に、製造日又は製造時間別及び種類別の製造の有無を表す0又は1の変数δが全て整数という条件で最適化計算するのではなく、直近の製造時間に属する変数δのみに整数条件を設定し最適解を算出し、変数δに整数条件を設けた製造時間に属する変数δのうち、0値を有する一部又は全ての変数δを0に固定し、変数δに整数条件を設定する区間を拡大し最適解を算出することを、変数δが全て整数値になるまで繰り返すことにより、注文数が多い場合や立案期間が長い場合でも高速に最適化ロット計画を作成することができる。
According to the present invention, in a manufacturing plant that produces a plurality of types of products, when a production plan is obtained in a manufacturing process in which products having the same attribute are processed together in a lot under a certain constraint condition, all facilities to be considered A lot plan can be created by setting a delivery date constraint and optimizing the value of the evaluation function for judging the quality of the lot plan.
In particular, the variable δ of 0 or 1 representing the presence / absence of production by production date or production time and type is not optimized for calculation under the condition that it is an integer, but only the variable δ belonging to the latest production time is set to an integer condition. Set and calculate the optimal solution, among the variables δ belonging to the manufacturing time with the integer condition for the variable δ, fix some or all of the variables δ having 0 value to 0, and set the integer condition to the variable δ It is possible to create an optimized lot plan at a high speed even when the number of orders is large or the planning period is long by repeating the process of expanding the section and calculating the optimum solution until all the variables δ become integer values.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1に、本発明を適用した実施形態に係る生産計画立案装置の概略構成を示す。本実施形態に係る生産計画立案装置は、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、同一属性の製品をロットにまとめて加工する生産計画を立案するものであり、注文情報格納データベース101、入力手段として機能する注文情報入力部102、制約式設定手段として機能する制約式設定部103、評価関数設定手段として機能する評価関数設定部104、最適解算出手段として機能する最適解算出部105、及び出力表示手段として機能する出力・表示部106を備える。これらの機能を以下で詳細に説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a production plan planning apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. The production plan planning apparatus according to the present embodiment plans a production plan in which products having the same attribute are collectively processed into lots in a manufacturing plant that produces a plurality of types of products, and includes an order
図2に、本実施形態に係る生産計画立案装置による生産計画立案方法のフローチャートを示す。まず、注文情報入力部102では、注文情報が格納された注文情報格納データベース101から注文情報を取り込む(注文情報入力ステップ(処理)S201)。
FIG. 2 shows a flowchart of a production plan planning method by the production plan planning apparatus according to the present embodiment. First, the order information input unit 102 fetches order information from the order
次に、制約式設定部103では、注文情報入力部102で取り込んだ注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を作成、設定する(制約式設定ステップ(処理)S202)。 Next, the constraint equation setting unit 103 creates and sets a constraint equation using the variable x representing the facility and the delivery date constraint based on the order information fetched by the order information input unit 102 (constraint equation setting step (processing)) S202).
次に、評価関数設定部104では、ロット計画の良否を判定するために、変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する(評価関数設定ステップ(処理)S203)。 Next, the evaluation function setting unit 104 sets an evaluation function expressed using a variable δ, which is a subset of the variable x, in order to determine the quality of the lot plan (evaluation function setting step (process) S203). .
次に、最適解算出部105では、制約式を満足し、変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、評価関数の値を最小にして最適とする変数xの値を算出する(最適解算出ステップ(処理)S204)。なお、ここでは評価関数の値を最小にして最適とする例を挙げたが、評価関数の値を最大にして最適とするようにしてもよい。 Next, the optimal solution calculation unit 105 satisfies the constraint equation and sets the value of the variable x to be the optimum value by minimizing the value of the evaluation function under the condition that the value of the variable δ is an integer of 0 or 1. (Optimal solution calculation step (process) S204). Here, an example is given in which the value of the evaluation function is minimized and optimized, but the value of the evaluation function may be maximized and optimized.
そして、出力・表示部106では、最適解算出部105で算出した変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し、表示する(出力・表示ステップ(処理)S205)。 Then, the output / display unit 106 outputs and displays a production plan composed of operation conditions corresponding to the value of the variable x calculated by the optimal solution calculation unit 105 (output / display step (process) S205).
以下、各手段(ステップ、処理)について、詳しく説明する。注文情報格納データベース101には、複数の注文情報として、属性、製造仕様等が格納されている。例えば、表1に示すように、12種類の製品について、属性として鋼種A、B、Cの化学成分、製造仕様としてガス工程、矯正工程、手入工程をそれぞれ通過する確率(工程発生率)が指定されており、出鋼納期別注文投入量(単位:トン)として、出鋼タイミングの早い順に、0〜13(日)の14段階に分かれている。
Hereinafter, each means (step, process) will be described in detail. The order
図2に示したように、注文情報入力ステップ(S201)では、表1のような注文情報を、例えばコンピュータに接続されているハードディスクドライブ、半導体メモリ用リーダ/ライタ等の外部記憶装置や、キーボード、タッチパネル等の外部入力装置から、又は製造工場内等に設置された外部装置である情報処理装置等からネットワークを介して当該コンピュータに入力して、当該コンピュータのメモリ中に読込む。なお、ネットワークとしては、例えばインターネット、光ファイバ網、衛生通信網、電話回線網、イーサネット(登録商標)、LAN、専用ケーブル等各種の専用回線網又は公衆回線網であってよい。 As shown in FIG. 2, in the order information input step (S201), the order information shown in Table 1 is stored in an external storage device such as a hard disk drive or a semiconductor memory reader / writer connected to the computer, a keyboard, or the like. From an external input device such as a touch panel, or from an information processing device or the like that is an external device installed in a manufacturing factory or the like, it is input to the computer via a network and is read into the memory of the computer. The network may be, for example, the Internet, an optical fiber network, a sanitary communication network, a telephone line network, Ethernet (registered trademark), a LAN, a dedicated cable, or other various dedicated line networks or public line networks.
制約式設定ステップ(S202)では、上記の注文情報に基づいて、生産計画を立案するために使用される設備及び納期制約を表す変数xを用いて、設備及び納期の制約式を設定する。変数xとは、具体的には製造時間別出鋼計画量、設備及び納期制約の制約式を作成する上で必要な媒介変数(工程別発生量、納期遅れ量、製造時間別属性別の製造有無を表す0又は1の変数δ等)である。 In the constraint formula setting step (S202), based on the above order information, the constraint formula for the facilities and the delivery date is set using the variable x representing the facilities used for making the production plan and the delivery date constraint. Specifically, the variable x is the parameters necessary for creating the steel production plan amount by production time, the constraints of equipment and delivery time constraints (production by process, delivery delay amount, production by production time attribute) 0 or 1 variable δ representing the presence or absence).
次に、評価関数設定ステップ(S203)では、ロット計画の良否を判定するために、変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定してメモリ内に記憶する。評価関数とは、第k日i鋼種の出鋼有無を表す0又は1の変数δikの和で表される。製造日(第k日)の代わりに、製造時間(基準時刻に対してk時間目)としてもよい。第k日i鋼種の出鋼量をCikとすると、変数δikと出鋼量Cikは下式(1)の関係で表される。変数δik、出鋼量Cikは変数xの部分集合であり、出鋼量Cikの最大値をMとする。 Next, in the evaluation function setting step (S203), in order to determine the quality of the lot plan, an evaluation function expressed using a variable δ which is a subset of the variable x is set and stored in the memory. The evaluation function is represented by the sum of 0 or 1 variable δ ik indicating the presence or absence of steel production of the k-day i steel type. Instead of the manufacturing date (kth day), the manufacturing time (kth with respect to the reference time) may be used. When the amount of steel output of the k-day i steel type is C ik , the variable δ ik and the amount of steel output C ik are expressed by the relationship of the following equation (1). The variable δ ik and the steel output C ik are a subset of the variable x, and the maximum value of the steel output C ik is M.
変数δikを用いて評価関数は下式(2)のように設定される。 Using the variable δik , the evaluation function is set as in the following equation (2).
次に、最適解算出ステップ(S204)では、設備及び納期制約を満足し、式(2)の評価関数により得られる評価関数値Jを最小化する変数xを求める。図3に、最適解算出ステップ(S204)の処理フローを示す。先ず、初期化ステップ(S301)で、以降の計算で使用する固定変数領域を空、繰り返しカウンタn=0、初期の整数条件区間mを例えば3に設定する。固定変数とは、最適化算出時に0と固定する変数δikを記憶するためのメモリ領域である。また、整数条件区間とは、変数δikを非整数に緩和しない期間のことである。 Next, in the optimum solution calculation step (S204), a variable x that satisfies the equipment and delivery date constraints and minimizes the evaluation function value J obtained by the evaluation function of Expression (2) is obtained. FIG. 3 shows a processing flow of the optimum solution calculating step (S204). First, in the initialization step (S301), the fixed variable area used in the subsequent calculations is empty, the repetition counter n = 0, and the initial integer condition interval m is set to 3, for example. The fixed variable is a memory area for storing a variable δik that is fixed to 0 at the time of optimization calculation. The integer condition interval is a period during which the variable δ ik is not relaxed to a non-integer.
緩和問題作成ステップ(S302)では、変数δik(1≦k≦m)を整数条件に、変数δik(m<k)を非整数条件に緩和した、緩和問題を作成する。 In the relaxation problem creation step (S302), a relaxation problem is created in which the variable δ ik (1 ≦ k ≦ m) is relaxed to an integer condition and the variable δ ik (m <k) is relaxed to a non-integer condition.
緩和最適解算出ステップ(S303)では、緩和問題作成ステップ(S302)で作成した緩和問題の最適解を混合整数計画法により算出し、これを緩和最適化とする。 In the relaxation optimal solution calculation step (S303), the optimal solution of the relaxation problem created in the relaxation problem creation step (S302) is calculated by the mixed integer programming method, and this is set as relaxation optimization.
整数判定ステップ(S304)では、全ての変数δikが整数であれば緩和解最適解を最適解として出力する。そうでなければ、制約条件変更ステップ(S305)で、整数条件区間m、繰り返しカウンタnを1増加し、緩和最適解のうち0値となった変数δik(m≦k)のみを0に固定し、緩和問題作成ステップ(S302)に進み、以降変数δikが全て整数値になるまでこのステップを繰り返す。 In the integer determination step (S304), if all the variables δik are integers, the relaxed solution optimal solution is output as the optimal solution. Otherwise, in the constraint condition changing step (S305), the integer condition interval m and the iteration counter n are incremented by 1, and only the variable δ ik (m ≦ k) of the relaxed optimal solution that is 0 is fixed to 0. Then, the process proceeds to the relaxation problem creating step (S302), and thereafter this step is repeated until all the variables δik become integer values.
すなわち、変数δikが0又は1の整数であるという条件を一部緩和して、変数δikの一部の値が非整数であるという条件の下で、制約式を満足し、評価関数の値を最小にして最適とする変数xの実数値を算出する処理と、変数δikに整数条件を設けた製造時間に属する変数δikのうち、0値を有する一部又は全ての変数δikを0に固定する処理と、を変数δikが全て整数値になるまで繰り返す。このように、整数変数を非整数に緩和して徐々に整数条件区間を拡大し最適化問題を解くことで、解の組合せ爆発を抑制し、かつ整数条件区間の拡大に伴う変数δikの固定を部分的に行うことで、最適性をほとんど劣化させること無く高速に生産計画を立案することができる。 That is, the condition that the variable δ ik is an integer of 0 or 1 is partially relaxed, the constraint equation is satisfied under the condition that a part of the value of the variable δ ik is a non-integer, and the evaluation function a process of calculating the real value of the variable x to optimize by a value to a minimum, the variable [delta] of the variable [delta] ik belonging to manufacturing time provided an integer conditions ik, some or all of the variable [delta] ik having 0 value Is repeated until the variables δ ik all become integer values. In this way, the integer variable is relaxed to a non-integer, and the integer condition interval is gradually expanded to solve the optimization problem, thereby suppressing the combination explosion of the solution and fixing the variable δ ik accompanying the expansion of the integer condition interval By partially performing the above, it is possible to make a production plan at a high speed with almost no deterioration of the optimality.
また、最適解算出ステップ(S204)において、混合整数計画法により評価関数を最小となるような最適解を算出すると、与えられた問題に対して厳密な最適解を得ることが可能であるため好ましい。混合整数計画法とは、目的関数と制約式が線形で表される問題(線形計画問題)の変数の一部に対して、値が整数でなければならないという条件が追加された問題(混合整数計画問題)の厳密解を算出する手法である。 In the optimum solution calculating step (S204), it is preferable to calculate an optimum solution that minimizes the evaluation function by the mixed integer programming method because a strict optimum solution can be obtained for a given problem. . Mixed integer programming is a problem in which the condition that the value must be an integer is added to some of the variables of a problem (linear programming problem) in which the objective function and constraint expression are expressed linearly (mixed integer) This is a method for calculating an exact solution of a planning problem.
本発明の目的は前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(CPU若しくはMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。 An object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the above-described embodiments to a system or apparatus, and store the computer (CPU or MPU) of the system or apparatus in the storage medium. Needless to say, this can also be achieved by reading and executing the program code.
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施の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を記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、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、CD−R、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。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention. As a storage medium for supplying the program code, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の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の指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。 Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (operating system) operating on the computer based on the instruction of the program code, etc. However, it is needless to say that a case where the function of the above-described embodiment is realized by performing part or all of the actual processing and the processing is included.
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された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書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、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又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。 Further, after the program code read from the storage medium is written into a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion is performed based on the instruction of the program code. It goes without saying that the CPU or the like provided in the board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
次に、本発明を適用した生産計画立案方法の具体例について、より詳細に説明する。以下では、複数種類の製品を生産する製造プラントにおいて、ある制約条件下で同一属性の製品をロットにまとめて加工する製造工程における生産計画を立案する例として、金属製品の製造業における出鋼計画を立案する手法を説明する。 Next, a specific example of the production planning method to which the present invention is applied will be described in more detail. In the following, as an example of creating a production plan in a manufacturing process that processes a product with the same attribute in a lot under a certain constraint condition in a manufacturing plant that produces multiple types of products, the steel production plan in the metal product manufacturing industry Explains how to plan.
注文情報入力部102において、表1に示す計画対象注文データを取得する。製造品種モデルの品種区分として、出鋼成分が3種類、通過工程パターンが4種類、合計12通りの出鋼成分と通過工程パターンの組み合わせを考える。出鋼成分と通過工程パターンの組み合わせごとに精整工程の発生率が異なる。例えば、出鋼成分A、通過工程パターン100(以下A_100)の製造品種はガス工程の発生確率が0.3、矯正工程の発生確率が0.1、手入工程の発生確率が0.1であることを示している。注文マトリクスは、納期を基準にして精整工程から上工程に遡って、どの日にどの製造品種をどれだけの量を出鋼して欲しいと要望されている出鋼要望量を、製造品種(行)及び出鋼期限日(列)の升目に配列して表記したものである。 In the order information input unit 102, plan target order data shown in Table 1 is acquired. As the product category of the production product model, three types of steel output components and four types of passing process patterns are considered, and a total of 12 combinations of steel output components and passing process patterns are considered. The occurrence rate of the refining process differs for each combination of the steel output component and the passing process pattern. For example, the production type of the steel output component A and the passing process pattern 100 (hereinafter A_100) has a gas process occurrence probability of 0.3, a correction process occurrence probability of 0.1, and a maintenance process occurrence probability of 0.1. It shows that there is. The order matrix goes back from the refining process to the upper process on the basis of the delivery date. Row) and the date of steel delivery deadline (column).
次に制約式設定部103において、設備及び納期の制約式を設定する。出鋼量には限界があり、第k日の日別出鋼量Skは下式(3)で示される制約を受ける。ここで、S_maxは1日の出鋼能力上限値を表す。 Next, the constraint equation setting unit 103 sets the constraint equation for equipment and delivery date. The tapping quantity is limited, another tapping quantity S k day of the k day restricted represented by the following formula (3). Here, S_max represents the upper limit of steel capacity for one sunrise.
第k日、出鋼成分iの出鋼量Ci,kと第k日、鋼種i、工程パターンJ(=1、2・・・J[i])の製造品種別充当枠xi,j,k、及び第k日、出鋼成分iの請求余材βi,kの和として下式(4)の関係で表される。ここで、J[i]は成分iの工程パターンの種類の数である。 Approval frame x i, j by production type on day k, steel output amount C i, k of steel output component i and day k, steel type i, process pattern J (= 1, 2,... J [i]) , k and the kth day, the sum of the bill surplus materials β i, k of the steel output component i is expressed by the relationship of the following equation (4). Here, J [i] is the number of types of process patterns of component i.
注文マトリクスの出鋼要望日の通りに出鋼する必要はなく、実際の出鋼は出鋼要望日に間に合うようにすればよい。ある日の出鋼量には異なる出鋼要望日のものが含まれている。第k日、出鋼成分i、工程パターンjの製造品種別充当枠xi,j,kは、第k日、出鋼成分i、工程パターンj、出鋼要望日tの製造品種別出鋼要望日別充当枠xt i,j,t,qの立案期間(K日間)内の累積値として下式(5)で表される。 It is not necessary to start the steel as per the date of the steelmaking request in the custom matrix, and the actual steelmaking may be made in time for the steelmaking request date. A certain amount of steel at sunrise includes those for different steelmaking dates. Approval frame x i, j, k by production type of k-day, output steel component i, process pattern j is output steel by production type on day k, output steel component i, process pattern j, output date t desire Daily appropriated frame x t i, j, t, is expressed by the following formula (5) as the cumulative value in the planning period q (between K day).
出鋼納期に対して前後5日以内に出鋼する制約は以下のように表される。refi,j,tは、出鋼成分i、工程パターンj、出鋼要望日tの出鋼要望量である。 The restriction to produce steel within 5 days before and after the delivery date is expressed as follows. ref i, j, t is a steel output request amount of a steel output component i, a process pattern j, and a steel output request date t.
工程負荷は工程の発生率に左右されるので、第k日、工程番号lの工程負荷yl,kは、第k日、出鋼成分i、工程パターンjの製造品種別充当枠xi,j,kと、出鋼成分i、工程パターンj、工程番号lの工程発生率である製造品種モデルri,j,lにより下式(8)により関係付けられる。 Since the process load depends on the occurrence rate of the process, the process load y l, k of the k-th day and the process number l is the allocation frame x i, of the k-th day, the steel output component i, and the process pattern j according to the production type . It is related by the following equation (8) by j, k and the production type model r i, j, l, which is the process occurrence rate of the steel output component i, the process pattern j, and the process number l.
ここで、Iは出鋼成分の種類の数である。本実施例においては、l=1はガス処理、l=2は矯正処理、l=3は手入処理を表す。下式(9)は工程負荷の平準化を志向しており、3日間の工程負荷の移動平均が工程能力上限値を超過しない制約式である。 Here, I is the number of types of steel output components. In this embodiment, l = 1 represents gas processing, l = 2 represents correction processing, and l = 3 represents maintenance processing. The following formula (9) is intended to level the process load, and is a constraint formula that the moving average of the process load for three days does not exceed the process capability upper limit value.
ロットサイズLOT_SIZEは出鋼量とロット数で決まり、第k日、出鋼成分iの出鋼量Cikと、第k日、出鋼成分iのロット数δLikを用いて下式(10)により関係付けられる。本実施例では、ロットサイズは200tonとした。 Lot Size LOT_SIZE is determined by tapping the amount and number of lots, the k date, the tapping amount C ik of tapping component i, the k date under with lot number [delta] L ik of tapping component i (10) Are related by In this embodiment, the lot size is 200 tons.
第k日、出鋼成分iの出鋼があるか否かを下式(11)に表す。第k日に出鋼成分iの出鋼があればδikは1をとり、そうでなければ0をとるとする。ただし、出鋼量Cikの最大値をMとする。すなわち、式(11)は、下式(12)を定式化したものである。 The following formula (11) indicates whether or not there is a steel output of the steel output component i on the kth day. The δ ik if steel is out of tapping component i in the k-th day take the 1, and take a 0 otherwise. However, the maximum value of the steel output amount C ik is M. That is, Formula (11) formulates the following Formula (12).
次に評価関数設定部104において、変数δikを用いて評価関数は下式(13)のように設定される。 Next, in the evaluation function setting unit 104, the evaluation function is set as shown in the following expression (13) using the variable δik .
次に、最適解算出部105において、上記制約式(3)〜(11)を満足し、評価関数(13)を最小化する解を算出する。まず、0〜2日目を整数区間、3日目以降の変数δikを非整数に緩和して全立案期間を最適化計算すると、表2のような計画が得られる。0日目のA鋼種の変数δikが0と求まったため0に固定し、0〜3日目を整数区間、4日目以降の変数δikを非整数に緩和して全立案期間を最適化計算すると表3のような結果が得られる。0日目のB鋼種、1日目のC鋼種の変数δikが0と求まったため0に固定し、0〜4日目を整数区間、5日目以降の変数δikを非整数に緩和して全立案期間を最適化計算する(結果は表4)。このような処理を変数δikが全て整数になるまで繰り返す。
Next, the optimal solution calculation unit 105 calculates a solution that satisfies the constraint equations (3) to (11) and minimizes the evaluation function (13). First, if the variable δik on the 0th to 2nd days is relaxed to a non-integer and the variable δik on and after the 3rd day is relaxed to a non-integer, the plan shown in Table 2 is obtained. Since the variable δ ik of the A grade on
表5と表6は出鋼計画の一例である。表5の2行目以降の各行が1つの鋼種の日別の出鋼量を表し、表6は2行目以降の各行が1つの品種の日別の出鋼計画量を表し、品種1は第1日目に100トン出鋼する計画となっている。 Tables 5 and 6 are examples of steel production plans. Each row after the second row in Table 5 represents the daily steel production amount of one steel type, Table 6 represents each day's steel production plan amount for one product type, and Table 6 It is planned to produce 100 tons of steel on the first day.
図4に、実施例における工程負荷の3日間移動平均値を日別に示す。工程負荷が能力値を超過していないことが分かる。 In FIG. 4, the 3-day moving average value of the process load in an Example is shown for every day. It can be seen that the process load does not exceed the capacity value.
また、図5に、実施例における注文マトリクスと製造品種別充当枠の累積値を示す。出鋼要望日から大きく外れた先行出鋼、遅れ出鋼が存在しないことが分かる。 Further, FIG. 5 shows the cumulative value of the order matrix and the production type allocation frame in the embodiment. It can be seen that there is no preceding or delayed steel that deviates significantly from the date of request for steel production.
本発明を適用した生産計画立案方法では、表1のような複数の注文に対して、それぞれの設備・納期等の制約条件下で、自動的に同一鋼種の注文をまとめる生産計画を立案することができた。 In the production planning method to which the present invention is applied, a production plan is automatically drafted for a plurality of orders as shown in Table 1 under the constraint conditions such as equipment and delivery date. I was able to.
101 注文情報格納データベース
102 注文情報入力部
103 制約式設定部
104 評価関数設定部
105 最適解算出部
106 出力・表示部
S201 注文情報の読み込みステップ
S202 制約式設定ステップ
S203 評価関数設定ステップ
S204 最適解算出ステップ
S205 出力・表示ステップ
S301 初期化ステップ
S302 緩和問題作成ステップ
S303 緩和最適解算出ステップ
S304 整数判定ステップ
S305 制約条件変更ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
複数の注文情報を格納するデータベースと、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む入力手段と、
前記入力手段で取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定手段と、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定手段と、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出手段と、
前記最適解算出手段で算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示手段と、を備えることを特徴とする生産計画立案装置。 In a production plant that produces a plurality of types of products, a production plan planning device for planning a production plan for processing products with the same attribute in batches,
A database that stores multiple order information;
Input means for fetching the plurality of order information from the database;
Based on the order information fetched by the input means, a constraint expression setting means for setting a constraint expression using the variable x representing equipment and delivery date constraints;
Evaluation function setting means for setting an evaluation function expressed using a variable δ which is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 A calculation means;
An output display means for outputting and displaying a production plan composed of operating conditions corresponding to the value of the variable x calculated by the optimum solution calculating means.
複数の注文情報をデータベースに格納する注文情報格納ステップと、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む注文情報入力ステップと、
前記入力ステップで取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定ステップと、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定ステップと、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出ステップと、
前記最適解算出ステップで算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示ステップと、からなることを特徴とする生産計画立案方法。 In a production plant that produces multiple types of products, a production plan drafting method for drafting a production plan for processing products with the same attribute in batches,
An order information storage step for storing a plurality of order information in a database;
Order information input step for fetching the plurality of order information from the database;
A constraint equation setting step for setting a constraint equation using the variable x representing the facility and delivery date constraint based on the order information captured in the input step;
An evaluation function setting step for setting an evaluation function expressed using a variable δ that is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 A calculation step;
A production plan drafting method comprising: an output display step for outputting and displaying a production plan composed of operating conditions corresponding to the value of the variable x calculated in the optimum solution calculating step.
複数の注文情報をデータベースに格納する注文情報格納処理と、
前記データベースから前記複数の注文情報を取り込む注文情報入力処理と、
前記注文情報入力処理で取り込んだ前記注文情報に基づいて、設備及び納期制約を表す変数xを用いた制約式を設定する制約式設定処理と、
前記変数xの部分集合である変数δを用いて表される評価関数を設定する評価関数設定処理と、
前記制約式を満足し、前記変数δの値が0又は1の整数であるという条件の下で、前記評価関数の値を最大又は最小にして最適とする前記変数xの値を算出する最適解算出処理と、
前記最適解算出手段で算出した前記変数xの値に対応する操業条件からなる生産計画を出力し表示する出力表示処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラム。 In a production plant that produces multiple types of products, it is a program for creating a production plan for processing products with the same attributes in batches.
Order information storage processing for storing a plurality of order information in a database;
Order information input processing for fetching the plurality of order information from the database;
Based on the order information captured in the order information input process, a constraint expression setting process for setting a constraint expression using a variable x representing a facility and a delivery date constraint;
An evaluation function setting process for setting an evaluation function represented using a variable δ which is a subset of the variable x;
An optimal solution for calculating the value of the variable x that is optimal by maximizing or minimizing the value of the evaluation function under the condition that the constraint equation is satisfied and the value of the variable δ is an integer of 0 or 1 Calculation process,
A program for causing a computer to execute an output display process for outputting and displaying a production plan including an operation condition corresponding to the value of the variable x calculated by the optimum solution calculating means.
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