JP2011028612A - 材料取り合わせシステム - Google Patents

Abstract

【課題】変形したベストフィット法を採用し、さらに、最後のほうにしわ寄せがくるのを改善して、材料取り合わせの最適化を図る。
【解決手段】材料を順に選択して、割り付け可能な製品を組み合わせて最適な割り付けを見つけ仮割り付けとする。この処理に変形したベストフィット法を採用する。材料を替えて同じ処理を繰り返す。このとき、材料に対して、常に最長の製品を最初に必ず割り付けるようにするといった条件設定をする。複数の仮割り付け結果を比較して、歩留まりの良いものを製品の割り付けデータに採用する。これを繰り返しながら、あと２回で終了するタイミングを検出する。あと２回分は、複数の割り付けパターン候補を取得して比較し、最適な割り付けパターンを採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建材のプレカット工場等で採用される、材料取り合わせシステムと材料取り合わせプログラムと記録媒体と材料取り合わせ方法とプレカット装置に関する。

住宅構造材のプレカット工場では、断面形状や樹種、等級、レイヤといった仕様ごとにいくつもの種類の長さ（３ｍ〜６ｍ）の原材料が用意される。これらの原材料から求められた長さの部材(製品)を切り出す。一般的な大きさの住宅の場合、梁、桁、土台など横架材と呼ばれる構造材には約２０種類の仕様がある。構造材（製品）の仕様ごとに用意された各種の長さの原材料から、これらの構造材がそれぞれ平均１０本程度、１棟分を合計すると約２００本程度切り出される。製品の長さと原材料の長さの組み合わせにより、原材料から切り落とされて無駄になる部分の量が異なる。そこで、原材料から効率の良い組み合わせで製品を切り出すための、材料取り合わせ方法に関する技術が各種開発された（特許文献１参照）。

特許３５６５２６２号公報

上記のような材料取り合わせ方法の計算の目的は、製品の仕様ごとに用意された何種類かの長さの原材料群から要求製品をいかに無駄なく（歩留まり最高で）切り出すかということにある。既知の、各種の技術を利用したプレカット工場での一次歩留は、一般には概ね９０％程度といわれている。一定の規格で設計生産される建物の場合には、原材料のサイズに適合するように構造材のサイズを決めて、歩留を向上させることができる。しかしながら、注文生産により多種多様の設計に基づき、構造材を原材料から切り出す場合には、できるだけ高い精度で歩留まりを向上させる計算方法の開発が求められている。また、条件によっては、ある計算方法で歩留まりが悪くても、他の計算方法で歩留まりが良いという結果も得られる。コンピュータの性能向上により、演算処理時間は十分に短くなっているから、各種の計算方法を試行して最適な結果を選択すればよい。実際に、１％の歩留まりを向上させるだけでも、多量の廃棄物減量を図ることができる。

例えば、ある決められたアイテムの一群を一定の容積のビンに入れる時、ビンの使用数を最小にするというビンパッキング問題が知られている。この問題の解法のひとつに、Ｂｅｓｔ Ｆｉｔ法と呼ばれる方法がある。アイテムをビンに入れるとき、使用中のすべてのビンに対して、そのアイテムを入れると最もビンの空スペースが少なくなるビンに、入るビンが無い場合は新たな空のビンに、アイテムを入れる方法である。本発明はこの既知のビンパッキング問題の解法を変形して、複数材料種の材料取り合わせに適用でき高い歩留がえられるように改善した、材料取り合わせシステムと材料取り合わせプログラムと記録媒体と材料取り合わせ方法とプレカット装置を提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
任意の材料に新たな製品を割り付けるとき、前記材料に、別の製品が既に割り付けられていて、新たな製品を割り付ける場合に、材料の余地を計算する処理と、その余地に前記新たな製品が割り付け可能かどうかを判断する処理と、割り付け可能であれば、前記新たな製品を仮割り付けし、その仮割り付け結果を記憶装置に記憶させる処理とを、別の製品が既に割り付けられた状態の複数の前記材料全てについて実行するステップと、前記記憶装置に記憶された全ての仮割り付け結果を比較して、割り付け良否判定基準に従って最も良い仮割り付け結果を選択し、前記材料に対する前記新たな製品を含む複数の製品の最良の仮り割り付け結果として、記憶装置に記憶させるステップと、前記新たな製品を仮割り付けすることができる材料がなかったら、何も割り付けていない前記材料と同じ長さの新たな材料を取り出して、その材料に前記新たな製品を仮割り付けして、その仮割り付け結果を前記材料に対する前記新たな製品の最良の仮り割り付け結果として記憶装置に記憶させるステップとを実行する製品毎仮割り付け手段と、特定の材料に対して前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理を、割り付け対象とされた全ての製品について繰り返すステップと、その結果前記記憶装置に記憶された全ての仮割り付け結果を比較して、予め設定した割り付け良否判定基準に従って最も良い仮割り付け結果を選択し、その仮割り付け結果を前記特定の材料に対する前記全ての製品の最良の仮り割り付け結果として、記憶装置に記憶させるステップとを実行する材料毎仮割り付け手段と、割り付け対象となる全ての製品の中から最大の製品を取り出し、最大の製品の大きさＳＸと割り付けられる材料の大きさＺＸとを比較して、ＳＸ＞ＺＸのときは割付不能と判断して処理を終了し、ＳＸ≦ＺＸのときは、最大の製品を初期割付して、割り付け対象から外し、ＺＸ−ＳＸを材料の空きスペースとするステップを実行する強い条件と、割り付け対象となる全ての製品の中から最大の製品を取り出し、最大の製品の大きさＳＸと割り付けられる材料の大きさＺＸとを比較して、ＳＸ＞ＺＸのときは、ＳＸ≦ＺＸの条件を満たす最大の製品を取り出し、その製品を初期割付して、割り付け対象から外し、ＺＸ−ＳＸを材料の空きスペースとし、その製品の大きさ以下の全ての製品を割り付け対象に設定するステップを実行する弱い条件と、あるいは無条件のうちの、いずれかの条件を選択して、前記強い条件または前記弱い条件を設定するときは、前記最長製品を除く残りの全ての製品を割り付け対象にするステップ実行する前処理条件設定手段と、複数種類の長さの材料に、複数種類の製品を割り付けるとき、前記材料毎仮割り付け手段による処理を、前記全ての種類の材料に対して実行させるステップと、前記記憶装置に記憶された全ての材料に対する仮割り付け結果を、予め定めた割り付け判定基準に従って評価する割り付け判定手段と、前記割り付け判定手段による評価に従って、最も良い仮割り付け結果を選択し、該当する材料に対する該当する製品の割り付け結果を記憶装置に記憶させ、割り付け済みの製品を割り付け対象から除外して、全ての製品が割り付け済みになるまで前記材料毎仮割り付け手段による処理を繰り返させる繰り返し制御手段と、前記繰り返し制御手段による制御が終了後、前記記憶装置に記憶させた前記割り付け結果を出力するデータ入出力手段と、前記材料毎仮割り付け手段による処理を実行中に、割り付け残製品の情報を取得し、残り２回で終了するような材料の選択が可能なときを最終調整時期と判断する最終調整時期判断手段と、前記最終調整時期と判断された前記各材料への仮割り付け結果に対して、残った製品をすべて割り付けるのに必要な材料数量を計算するステップと、前記残った製品をすべて割り付けるのに必要な材料数量に基づいて、予め設定した割り付け良否判定基準に従って、前記各材料への仮割り付け結果から最も良い仮割り付け結果を選択し、その仮割り付け結果を最良の仮り割り付け結果として、記憶装置に記憶させるステップとを実行する最終調整手段とを備えたことを特徴とする材料取り合わせシステム。

〈構成２〉
前記条件設定手段は、あらかじめ製品を長さの降順に並び替えてから構成１に記載の処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。

〈構成３〉
前記条件設定手段は、前記強い条件を設定する場合と弱い条件を設定する場合と、前記無条件を設定する場合の２以上の条件を設定した場合について、構成１に記載の処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。

〈構成４〉
前記繰り返し制御手段は、製品の並びをランダムにして、あらかじめ決められた回数だけ前記製品の並びを変化させながら、構成１に記載の処理を繰り返し実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。

〈構成５〉
前記条件設定手段は、構成１に記載の処理において、全ての材料に対して前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理と、製品を長さの降順に並び替えてから、割り付け対象とされた全ての製品について、特定の材料に対する前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理とに対して、それぞれ、強い条件−強い条件、弱い条件−強い条件、弱い条件−弱い条件、無条件−無条件のいずれかの条件設定で各処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。

〈構成６〉
コンピュータを、構成１に記載の手段として機能させる材料取り合わせプログラム。

〈構成７〉
コンピュータを、構成１に記載の手段として機能させる材料取り合わせプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

〈構成８〉
構成１に記載の手段とともに、前記割り付けデータを使用して、前記材料を選択する材料選択供給装置と、当該材料に割り付けられた製品をプレカットする材料切断装置とを備えたことを特徴とするプレカット装置。

既知のベストフィット法に、強い条件、弱い条件等を組み合わせて、より良い結果を得るようにできる。さらに、最終調整手段により、最後に残った製品を割り付けるときに、最適な結果を選択できるようにして、最後にしわ寄せがくる欠点を解消した。

実施例１の材料取り合わせシステム１０のブロック図である。 材料取り合わせシステム１０を構成するコンピュータのハードウエアブロック図である。 基本的なベストフィット法の説明図である。 ベストフィット法によるひとつの製品についての割り付け処理動作フローチャートである。 ベストフィット法による１つの材料に対する割り付け処理動作フローチャートである。 最長製品に対する前処理方法のフローチャートである。 実施例１の割付処理動作フローチャートである。 最終調整処理の動作フローチャートである。 実施例２の処理動作フローチャートである。 実施例３の割付処理動作フローチャートである。 実施例４の割付処理動作フローチャートである。 図７で説明したＲＢＦ法を実行中の割り付けデータ説明図である。 最終調整処理の実例を示す説明図である。 演算処理による最終調整処理動作説明図である。 これらの演算式に使用した記号の定義説明図である。 プレカット材料データの一例を示す説明図である。 ＲＢＦＤとＲＦＦＤの結果比較を示す説明図である。 ＲＢＦＲとＲＦＦＲの結果比較を示す説明図である。 Ｒ−ＲＢＦＤとＲ−ＲＦＦＤの結果比較説明図である。 Ｒ−ＲＢＦＤとＲ−ＲＦＦＤの結果比較説明図である。 Ｒ−ＲＢＦＤのロット別最大歩留の説明図である。 Ｒ−ＲＦＦＤのロット別最大歩留の説明図である。

本発明では、材料を一つずつ選択して、変形したＢＦ法で、仮割り付けをする。複数の材料に同様の処理を試みてその結果を比較し、最適割り付け方法を見つける。残りの製品についても、同様にして割り付けをする。なお、この処理を全ての製品を割り付け終わるまで繰り返すと、必ずしも最適な割り付けができないことがある。良い割り付けを先取りしていくと、最後のほうにしわ寄せが来ることがあるからである。従って、例えば、最も短い１本の製品が残り、これを長い材料に割り付けて処理が終了するとき、最後は歩留まりが非常に悪い割り付けになる。そこで、一定の条件を満たす最終調整時期を判断して、この最終調整時期で、割り付けの最適化を図る。さらに、割り付けの対象になる材料が複数あることから、最適な割り付けを選ぶための選択肢を増やす。以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。

図１は実施例１の材料取り合わせシステム１０のブロック図である。
図の材料取り合わせシステム１０は、コンピュータ１２にインストールされたコンピュータプログラムにより動作する。このシステムは、例えば、コンピュータ１２に対してネットワーク１４を介して接続された端末装置１６により利用される。端末装置１６は、例えば、建物の構造材をプレカットするプレカット工場に設けられている。材料取り合わせシステム１０は、この端末装置１６からプレカットのための条件データを受け付けて、取り合わせ演算処理を実行して割り付けデータを返す。端末装置１６は、返された割り付けデータを使用して、プレカット装置１７を制御する。プレカット装置１７には、例えば、特許文献１に記載されたような機構を使用することができる。なお、材料取り合わせシステム１０として機能するコンピュータ１２全体が、プレカット装置１７に一体に組み込まれてしまっても構わない。

コンピュータ１２の本体ケース３には、演算処理装置２０と記憶装置４０とが収容されている。演算処理装置２０には、図のように、本発明による割り付け処理を実行して結果を出力するために、製品毎仮割り付け手段２１、材料毎仮割り付け手段２２、条件設定手段２３、繰り返し制御手段２４、データ入出力手段２５、最終調整時期判断手段２６、最終調整手段２７等のコンピュータプログラムがインストールされている。これらのコンピュータプログラムが連携して演算処理を実行する。記憶装置４０には、図のように、材料データ４１、製品データ４２、仮割り付け結果データ４３、割付データ４４、設定条件４５、割付良否判定基準４６等のデータが記憶されている。これらのデータは、キーボード４やマウス５等の入力手段により入力され、入出力データ処理手段３０により処理される。また、あるいは、上記のコンピュータプログラムの動作により生成されて、記憶装置４０に記憶される。具体的な各部の説明の前に、コンピュータのハードウエアと、コンピュータプログラムと、記憶装置４０に記憶されるデータの具体的な説明をする。

図２は、材料取り合わせシステム１０を構成するコンピュータのハードウエアブロック図である。
材料取り合わせシステム１０は、図のようなハードウエアにより構成される。なお、このハードウエア自体は、既知のコンピュータを採用することができる。図のように、コンピュータ１２（図１）の本体ケース３中に収められた内部バス１１０には、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１と、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１２と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１３と、ＨＤＤ（ハードディスク）１１４と、入出力インタフェース１１５と、ネットワークインタフェース１１６とが接続されている。入出力インタフェース１１５には、ディスプレイ２とキーボード４とマウス５とが接続されている。ネットワークインタフェース１１６には、ネットワーク１４を介して、プレカット工場の端末装置１６が接続されている。端末装置１６は、プレカット装置１７の材料選択供給装置１２０に、割り付けデータを供給する。これにより、指定された材料が選択されて材料切断装置１２１に供給され、指定された割り付けで切断される。切断された製品は製品搬送装置１２２により搬送され排出される。

図１に示した記憶装置４０は、ＲＯＭ１１２やＲＡＭ１１３やＨＤＤ１１４により構成される。図１に示した演算処理装置２０は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３等により構成される。各種のデータは主としてＨＤＤ１１４に記憶されて保存される。ＣＰＵ１１１が実行するコンピュータプログラムは、ＲＯＭ１１２に記憶され、あるいはＲＡＭ１１３に適時ロードされる。端末装置も同様の構成で構わない。ネットワーク１４はインターネットでもイントラネットでも構わない。

［Best Fit（ベストフィット）法］
図３は、基本的なベストフィット法の説明図である。
一般に知られたベストフィット法では、取り出した製品を、割り付け中の材料すべてに割り付けてみて、最も空スペースの少ない(歩留の高い)材料に割り付ける。その製品がどの材料にも割り付け不可ならば、新しい材料に割り付けるようにする。実施例の説明の前に、本発明で実行される基本的な処理動作について説明する。

図３では、製品Pは材料(A)にも(B)にも割付可能である。しかし、製品Pを材料(B)に割り付けたときの空スペースが最も少ないので、製品Pは材料(B)に割り付けられる。なお、既知のFirst Fit（ファーストフィット）法の場合は、最初に見つかった割付可能な材料(A)に割り付けられるので、この点がベストフィット法と相異する。

図４はベストフィット法によるひとつの製品についての割り付け処理動作フローチャートである。
この図の処理は製品毎仮割り付け手段２１が実行する。図４において、パラメータｎは割付中の材料に付けた識別番号である。これまで別の製品が既に割り付けられていて、新たに一つの製品を割り付ける場合を説明する。ステップＭ１でｎの初期値を１に設定する。始めのステップＭ２からＭ６のループ処理で、仮割り付け結果データ４３を読み取って、割り付け中の材料すべてを順番に取り出す。この場合、各材料には、図３で説明したように、既に別の製品が割り付けられている。ここで、材料の余地を計算して、新たに該当する製品が割り付け可能な材料かどうかを判断する（ステップＭ４）。割り付け可能であれば、製品を仮割り付けし、その結果を記憶する（ステップＭ５）。別の製品が既に割り付けられた材料全てについてこの処理をした後に、ループ処理を抜ける。

その後、ステップＭ２からステップＭ７に移り、仮割り付けできた材料があったかどうかを判断する。仮割り付けできた材料がなかったら、未だ何も割り付けていない新しい材料を取り出す。そして、その材料に製品を割り付ける（ステップＭ７、８，９）。一方、仮割り付けできた材料があったら、複数の仮割り付けの結果を比較する。複数なければこの比較は不要である。複数の仮割り付け結果を比較して、最も空きスペースの少ない割付を選択する（ステップＭ１０）。そして、ステップＭ９の処理後も、ステップＭ１０の処理後も、最後にその材料の割り付け結果を記憶装置に記憶させる（ステップＭ１１）。その結果、別の製品が既に割り付けられている状態の材料のいずれかに対して、新たな製品を割り付けたものを含む材料リストか、あるいは、未だ何も割り付けていない新しい材料に新たな製品を割り付けた材料を追加した材料リストが、次の割り付け処理のために記憶装置に記憶される。なお、上記のループ処理等を含む以下の全ての繰り返し制御は、繰り返し制御手段２４により制御される。また、以下の全ての仮割り付け結果データ４３や割付データ４４の記憶装置４０への記憶や、その他のマンマシンインタフェースへの出力は、データ入出力手段２５により制御される。また、仮割り付け結果データ４３は、以下の処理で試行中に一時記憶される割付データであって、割付データ４４は、最終結果として出力される割付データである。

図５は、ベストフィット法による１つの材料に対する割り付け処理動作フローチャートである。
この処理は材料毎仮割り付け手段２２が実行する。このフローチャートで、最初に処理をするステップＭ２１（サブモジュール）の最長製品に対する前処理は、次の図６で説明する。この前処理後は、初期割付された最長製品を除く残りの製品が割り付け対象リストにされている。そして、今割り付けをしようとしているある長さの材料をターゲットに、図４で説明したベストフィット法で、割り付け対象のすべての製品を仮割り付けする（ステップＭ２２、２３、２４）。ステップＭ３２は図４で示したステップの集合(サブモジュール)である。そして、割り付けた材料を比較して、最も空スペースの少ない材料と割り付けた製品の組み合わせを示した割り付け結果を選択する（ステップＭ２５） これを、その長さの材料に対する割り付け結果であって、出力用の割付データ４４とする（ステップＭ２６）。

［最長製品に対する前処理］
図６は最長製品に対する前処理方法のフローチャートである。
この処理は条件設定手段２３が実行する。本発明では、このような条件設定を新たに導入する。前処理をする場合と、前処理をしない場合とがあるが、前処理をする場合には、あらかじめ製品を長さ順に並び替える。そして、前処理では最長製品を必ず割り付ける。図４で説明したベストフィット法は、良い条件を先取りするので、最後に残った製品の割り付けにしわ寄せがきてしまうことがある。従って、最後に歩留まりの悪い割り付けをするということも生じる。そこで、この発明では、大きい製品を後に残さない処理を行う。

即ち、まず、割り付け対象の全製品のリストから、最長製品を検索する。そして、前処理において、最長製品を「割り付け済み」として対象から外す。このとき、図６の処理開始部分に記載したように、強い条件を設定する方法、弱い条件を設定する方法、及び、条件無しの方法の３種類の方法を用意する。いずれかひとつの方法だけを採用してもよいし、全ての方法を設定条件４５として記憶して、順番に仮割り付けを試みて、最も良い結果が得られる方法を採用してもよい。

まず、強い条件を設定するときは、ステップＭ３１で、最長製品を取り出す。そして、ステップＭ３２で、最長製品の長さと割り付けられる材料の長さを比較する。ここで、（最長製品＞材料）のときはＡに進む。即ち、割り付け不能と判断して、図３のステップＭ２１から、そのままＡの方向に進んで処理を終了する。一方、（最長製品≦材料）であれば、ステップＳＭ３６に進み、最長製品を割り付け対象リストから外す。その後、図３のステップＭ２２以下に進んで、残りの製品について、ベストフィット法の割付処理を行う。

次に、弱い条件を設定するときは、ステップＭ３３で、対象製品があるかどうかを判断する。対象製品がなければ、Ａに進んで処理を終了する。対象製品があるときは、（最長製品≦材料）となる最初の製品まで、ステップＭ３３〜３５の処理を繰り返して読み飛ばしを行う。（最長製品≦材料）となる最初の製品がみつかったときは、ステップＳＭ３６に進み、材料長以下の最長製品を割り付け対象リストから外す。

また、条件無しの方法を設定するときは、 前処理不要だから、そのまま処理を終了する。なお、図４のＭ８で、新たな材料を取り出すときに、上記で対象からはずした最長製品を初期割り付けし、材料の空スペースを（材料長−最長製品長）として以下の処理に進む。

［Revised Best Fit(RBF)法］
図７は、実施例１の割付処理動作フローチャートである。
この実施例では、複数種類の長さの材料に、複数種類の製品を割り付ける。このとき、特に始めに製品の並びを指定しない。各長さの材料に割り付けを試みる準備として、ステップＳ０１で材料リストを作る。即ち、長さの違う材料を全て取り出して、順番に処理できるように、データを配列する。次のステップＳ０２からＳ０５で、各材料に順番に製品を割り付けてみる。ステップＳ０４は図５で示したステップの集合(サブモジュール)である。ステップＳ０４では、図５で説明した処理を実行する。そして、全ての種類の材料について割り付け処理を終了すると、ステップＳ０６に進む。

ステップＳ０６と０７とで割り付け結果を比較評価する。予め定めた判定基準４６で、材料とその材料に対する製品の割り付け結果のうち良いものを選択する。例えば、判定基準４６を「歩留最大」とする。例えば、「残長最少」としてもよい。また、もともとの目的関数によって、たとえば「割り付け製品価値／使用材料価格が最大」といった判定基準４６を採用してもよい。

ここで、この実施例では、ステップＳ０４の割り付けの過程で得られる割り付け残製品の情報をもとに、ステップＳ０８で最終調整時期の判断を行う。この判断は、「残り２回で終了するような材料の選択が可能なとき」かどうかという判断である。これは、割り付け残りの製品が少なくなったときに、可能な限り各種の割付方法を試みて、最適な割付方法を選択するという方法である。即ち、図７のステップＳ８で最終調整時期と判断されると、ステップＳ０９へ進む。ステップＳ０９は図８で示すステップの集合(サブモジュール)である。ステップＳ０９で最終調整をして割り付け結果を見直す。具体的な調整方法は図８で説明する。図７のステップＳ１０では、これまで割り付けた製品を割り付け対象製品から除き、再びステップＳ０２〜０５の各材料への仮割り付け処理に戻る。すべての製品の割り付けが完了すれば、ステップＳ１２で全ての割り付けデータを記憶装置に記憶させ、結果を出力して処理を終了する。

図８は、最終調整処理の動作フローチャートである。
この処理は、最終調整時期判断手段２６と最終調整手段２７が実行する。最終調整処理では、ステップＳ２１で、ステップＳ０２からＳ０５で得られた各材料への割り付け結果の先頭にポインタをセットして、各材料への割り付け結果を順番に取り出す（ステップＳ２２）。そして、ステップＳ２３で、それぞれ、残った製品をすべて割り付けるのに必要な最小の材料数量を計算する。全ての割り付け結果について、ステップＳ２２〜２４を繰り返してから、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、各割り付け結果で使用された材料と、残りの割り付けに必要な材料の合計長を比較判断する。そして、ステップＳ２６で、この材料の合計長が最小となる割り付け結果を選択する。例えば、目的関数が歩留最大としたときには、「必要材料最少」を選択採用基準とする。しかし、例えば、「割り付け製品価値／使用材料価格が最大」など目的関数に沿った選択採用基準を使用してよい。選択した割り付け結果をステップＳ０７で選択した割り付け結果と入れ替える。

［RBF Decreasing(RBFD)法］
図９は、実施例２の処理動作フローチャートである。
この実施例では、図のステップＭ４０で、あらかじめ製品を長さの降順に並び替え、ステップＭ４１で上記のRBF法を適用する。ステップＭ４１は図７で示したステップの集合(サブモジュール)である。このとき、最長製品の取り扱いについて図６を用いて説明したように、「強い条件」「弱い条件」「条件無し」のそれぞれの場合が考えられる。図７のステップＳ０４の「1つの材料への割り付け処理」で、各条件による処理が行われる。なお、上記条件設定手段２３の制御により、「強い条件」「弱い条件」「条件無し」の３つの条件を使用した割付計算をすべて実行して、最も良い結果を得る方法が有効である。

［RBF Randomizing(RBFR)法］
図１０は、実施例３の割付処理動作フローチャートである。
この方法では、ステップＭ５０で、製品の並びをランダムに変化させながら上記のRBF法を適用する（ステップＭ５１）。ステップＭ５１は図７で示したステップの集合(サブモジュール)である。割り付け結果を記憶したら、再び製品の並びを変化させるというようにして、繰り返し制御手段２４は、あらかじめ決められた回数だけこのループ処理を実行する（ステップＭ５２、５３）。そして、最後にステップＭ５４において、得られた最も良い結果を選択し、記憶装置に記憶させる。

［ Recursive RBFD（R-RBFD）法］
図１１は、実施例４の割付処理動作フローチャートである。
この実施例では、RBF法で、各長さの材料の仮割り付け結果を比較選択したプロセスで、さらに最後まで割り付けをしてみる。そして、得られる最終結果を比較選択する。まず、ステップＳ３１で製品を長さの順にソートする。そして、ステップＳ３２で、長さ別の材料ストックから、材料を一つずつ取り出す。

これに続くステップＳ０２〜０５は、図７で説明した処理である。即ち、各長さの材料に仮割り付けをする。そして、ステップＳ３３で、割り付け結果の先頭にポインタをセットする。ステップＳ３４〜ステップＳ３７で、割り付け結果のそれぞれに対し、残った製品を割り付け対象としてRBFD法を適用し、製品のすべてを割り付ける。これで、割り付け最終結果を得る。

その後、ステップＳ３８で、各割付最終結果を比較評価する。そして、最も良い材料とその仮割り付け結果を採用する（ステップＳ３９）。しかし、このとき同じ最終結果が得られて優劣判断ができない場合がある。そこで、最終結果だけでなく、仮割り付けの歩留結果や最長製品の割り付け状況なども判断材料として、最良の材料と仮割り付けの組を本割り付けとして選択採用する。ステップＳ４０で、割り付けられた製品を対象から除き、ステップＳ４１でまだ未割り付けの製品があれば再びステップＳ０２に戻る。全ての割付が終了すると、ステップＳ４２で割付データを記憶装置に記憶させてから出力する。

この実施例のR-RBFD法では、最長製品の扱いについて、仮割り付けのステップＳ０４での扱いとステップＳ３６のRBFD法の処理中の仮割り付けステップでの扱いについて、４種類（強い条件−強い条件、弱い条件−強い条件、弱い条件−弱い条件、条件無し−条件無し）の組合せが考えられる。即ち、例えば、ステップＳ０４では強い条件を適用し、ステップＳ３６でも強い条件を適用するといった組み合わせである。一般には、先行するステップＳ０４の条件を緩くして選択肢を広げ、後から実行するRBFD法では良い結果が得られるように厳しい条件を設定するのが合理的である。しかし、材料と製品の構成によってどの条件の組み合わせが最適化になるかを予め判断することはむずかしい。従って、すべての条件で演算処理を実行して、最も良い結果を採用するのが実用的である。

なお、上記の例では、一次元の材料に対して一次元の製品を割り付けする場合を対象としている。しかし、たとえば積み荷の重量のみが問題となるような、積み合わせ問題にもそのまま適用できる。その際は「長さ」ではなく「重さ」と言い換えればよい。

［事例データの紹介］
図１２は、図７で説明したＲＢＦ法を実行中の割り付けデータ説明図である。
以下では、上記の実施例の方法を使用して処理をした事例データとその効果を紹介する。図１２の例では、製品を取り出す順序は意識せず、製品の長さもばらばらに並べている。図１２において、ｎ回目と表示したのは、図７のステップＳ１〜ステップＳ１１のループ処理の途中で、ｎ回目に図７ステップＳ０２を通過するときの状態を示す。図７ステップＳ０２〜ステップＳ０５において、材長１〜材長３の３種類の材料に対して、６個の製品群を割り付ける。製品は図の６個だけである。材長１の材料は何個でも取り出せる。割り付け処理は図３と図４で説明した手順による。図７ステップＳ０７で材長２の材料と製品（１）（３）の割り付け結果を選択取得し、次のｎ＋１回目に進む。ｎ＋１回目では、材長１の材料と製品（２）（４）の割り付け結果を選択取得した。あとは製品（５）（６）について割り付けを行えば良い状態に進んでいる。

図１３は、最終調整処理の実例を示す説明図である。
図１２の処理で、最後の製品の割り付けが終了する前に、図７ステップＳ０９で最終調整処理を行う。これにより、例えば歩留まりを基準として、最も高い歩留まりとなった割り付けを選択する処理を繰り返していって、最後のほうにしわ寄せがくることを防ぐ。図１３では、例えば、残り４個の未割り付け製品を長さの順に並べたものに（１）（２）（３）（４）と符号を付けて説明する。材料は、材長１〜材長３の３種類である。なお、製品に付けた符号は図１２のものとは別のものである。

図１３において、残り２回で終了するような材料の選択が２種類考えられる。図のように、材長１に製品（１）（２）を割り付け、材長２に製品（３）（４）を割り付けた場合、及び、材長２に製品（１）（４）を割り付け、材長２に製品（２）（３）を割り付けた場合である。比較のために、材長３に製品（１）を割り付けた場合を示したが、残り３回で割り付けなければならない。

ここで、ベストフィット法による図１３の仮割り付け段階で、歩留まり基準により割り付け結果を選択すると、材長３に製品（１）を割り付けた場合が結果として取り出される。しかしながら、上記の最終調整処理によれば、２回で割り付けが終了するようなケースについて、最後まで割り付けた結果から、全体的な歩留まりを比較する。これにより、材長２に製品（１）（４）を割り付けた場合を仮割り付け時の最も良い割り付け結果として選択する。

図１４は、演算処理による最終調整処理動作説明図である。図１５は、これらの演算式に使用した記号の定義説明図である。
上記のように、最終調整のタイミングは，「残り２回で終了するような材料の選択が可能なとき」である。最後まで割り付け処理をしてからこの判断をすることもできるが、図１３の（ｃ１）式を使用して予測することもできる。（ｃ１）式の左辺は、今回の割り付け後に残った製品群の長さ合計である。これが、最右辺の最長材料の長さ以下なら、次回は少なくとも最長材料に残り全部の製品の割り付けができる。（ｃ１）式の演算は、今回の割り付け直前の製品群の長さ合計から、今回割り付けできる製品の長さの和の最大値を差し引いて、その後に残る製品群の長さ合計を予測演算している。

割り付けの最終段階では、「残った製品をすべて割付けるのに必要な最小の材料数量を計算する。」という処理が必要になる。「残りの製品の割付けに必要な材料の最小値 」は、図１３の（ｅ２）式で計算できる。ただし、（ｅ３）式のように、最長の材料は最短長の材料の２倍以下という条件に従うものとする。

もし、（ｅ３）式の条件が無い場合は、必要な材料の最小値 の計算をするとき、3本以内で割付が終了する場合のみ考えればよいとは言えなくなる。その場合はさらに“歩留基準”による材料選択を繰り返すことで材料を決定していき、（ｅ２）式の計算結果を推定する方法が考えられる。このとき（ｅ２）式の後半の式は、（ｅ４）式のように書き直せばよい。また、図８のステップＳ２６で、「この材料の合計長が最小となる割付結果を選択する。」という処理は、（ｅ５）式の材料種 の材料とその割付け結果を選択することである。

図１６は、プレカット材料データの一例を示す説明図である。
この例では、典型的な１０戸の木造戸建住宅のプレカットデータについて、本発明の方法を適用する。住宅プレカットでは、３ｍ〜６ｍの長さの材料から：要求された長さ(０.５ｍ〜４ｍ)の製品を切り出す。なお、使用した横架材データは、断面サイズや樹種、等級によって約２０のロットにグループに分かれ、図のように、それぞれのロットごとに切り出す製品数や使用する材料の長さが異なる。そのためロットごとに上記の演算処理を実行する。なお鼻切は０ｍｍ、鋸代は５ｍｍと設定した。なお、演算処理に使用したコンピュータのＣＰＵはインテル社の（PentiumM 1.73GHz）、メモリは１．２４Ｇbyte、ＯＳはマイクソフト社のWindows（登録商標） XPであった。

図１７は、ＲＢＦＤとＲＦＦＤの結果比較を示す説明図である。
最大製品の扱い条件はそれぞれ“強条件”、“弱条件”、“条件無”と表示した。なお、ＲＦＦＤでは「弱い条件」は本質的であり、条件をつけないケースを “弱条件”と表現した。（ ）内にそれぞれの実行時間を秒で示した。また、邸ごとの最大歩留にシャドウをつけた。ＲＢＦＤでの最大製品の取り扱いについては、概ね「強い条件」を適用した場合が良い結果となるが、「弱い条件」に対してすべて優位とはならない。しかし明らかに条件を設定しない場合は結果が悪くなる。
ＲＢＦＤとＲＦＦＤの比較では、邸7および邸8を除き、全般にＲＢＦＤのほうが良い結果が得られた。演算処理時間は全て１秒以内で差違は問題にならなかった。

図１８はＲＢＦＲとＲＦＦＲの結果比較を示す説明図である。
ＲＢＦＲとＲＦＦＲは、ロットごとに製品の順序をランダムに並び替えながら（製品数ｎ×材料種数ｍ）回の試行を行い、歩留が最大となった割付けを結果として採用することにした。得られる結果は確率的に揺らぐので、これをさらに１０回繰り返し、得られた歩留の最大、最小、平均および標準偏差を示した。なお処理時間は１０回の平均である。ＲＢＦＲとＲＦＦＲの平均歩留を比較して優位となったほうにシャドウをつけてある。結果は概ねＲＢＦＲが優位となったが、大きな差異はない。ＲＢＦＲはＲＦＦＲのほぼ2倍の処理時間となるが、数秒以内であって問題になる値ではなかった。

図１９と図２０とは、Ｒ−ＲＢＦＤとＲ−ＲＦＦＤの結果比較説明図である。
最大製品の取り扱いについて、材料割付け選択フェーズと試行フェーズそれぞれに適用した条件を、組み合わせに応じて“強強条件”、“弱強条件”、“弱弱条件”、条件を適用しなかった場合を“条件無無”と表現した。またそれぞれの邸の最大歩留にシャドウをつけた。ここでも、概ねＲ−ＲＢＦＤのほうが有意な結果がでた。最大製品の取り扱いの違いが歩留に与える影響は、Ｒ−ＲＦＦＤでは明らかに“弱強条件”が良い結果となったが、Ｒ−ＲＢＦＤの場合は顕著な差は見られなかった。これはＦＦが「最初に見つかった空スペース」に割付ける、硬直的なアルゴリズムであるのに対し、ＢＦは割付け中の材料の「すべてに割付けてみて最もスペース効率の良い材料」に割付ける、柔軟なアルゴリズムであるためと考えられる。

図２１は、Ｒ−ＲＢＦＤのロット別最大歩留の説明図である。図２２は、Ｒ−ＲＦＦＤのロット別最大歩留の説明図である。
いろいろな条件でＲ−ＲＢＦＤを実行して最も良い結果を採用すると、ＲＢＦＲよりも優位な結果が得られることを説明してきた。しかしこれは邸単位の歩留に対する措置であった。実用的にはこれをロット単位の歩留に適用すれば、さらに高い歩留結果が得られるはずである。図２１と図２２では、邸１と邸５を例にロット単位の最大歩留を採用したときの結果を示した。ロットごとに各条件で得られた歩留のうち最大のものにシャドウをつけ、“Max”欄に表示した。その結果、邸1の全体歩留は95.21%、邸5は94.08%となった。上記いずれの実施例の方法についても、全ての場合に良い結果が得られるわけではないが、演算処理時間も十分に短時間なため、他の方法と演算処理結果を比較して、優位な場合を採用するとよい。本発明の方法はその選択肢の一つとして十分に有効な方法であることが証明された。

上記の演算処理はほとんど比較演算と簡単な算術演算のみを含んでいるので、実験によれば、ほぼ数秒で全ての演算処理を終了させることができる。即ち、待ち時間が多くてストレスになるような演算処理は含まれない。しかも、最後のほうにしわ寄せがくるかどうかを検証しながら割り付け候補データを選択するので、より合理的な割り付け演算処理ができる。

なお、上記の演算処理装置で実行されるコンピュータプログラムは、機能ブロックで図示した単位でモジュール化されても良いし、複数の機能ブロックを組み合わせて一体化されても良い。また、上記のコンピュータプログラムは、既存のアプリケーションプログラムに組み込んで使用しても良い。本発明を実現するためのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。

１０ 材料取り合わせシステム
１２ コンピュータ
１４ ネットワーク
１６ 端末装置
１７ プレカット装置
２０ 演算処理装置
２１ 製品毎仮割り付け手段
２２ 材料毎仮割り付け手段
２３ 条件設定手段
２４ 繰り返し制御手段
２５ データ入出力手段
２６ 最終調整時期判断手段
２７ 最終調整手段
４０ 記憶装置
４１ 材料データ
４２ 製品データ
４３ 仮割り付け結果データ
４４ 割付データ
４５ 設定条件
４６ 割付良否判定基準

Claims (8)

1. 任意の材料に新たな製品を割り付けるとき、前記材料に別の製品が既に割り付けられていて、新たな製品を割り付ける場合に、材料の余地を計算する処理と、その余地に前記新たな製品が割り付け可能かどうかを判断する処理と、割り付け可能であれば、前記新たな製品を仮割り付けし、その仮割り付け結果を記憶装置に記憶させる処理とを、別の製品が既に割り付けられた状態の複数の前記材料全てについて実行するステップと、前記記憶装置に記憶された全ての仮割り付け結果を比較して、割り付け良否判定基準に従って最も良い仮割り付け結果を選択し、前記材料に対する前記新たな製品を含む複数の製品の最良の仮り割り付け結果として、記憶装置に記憶させるステップと、前記新たな製品を仮割り付けすることができる材料がなかったら、何も割り付けていない前記材料と同じ長さの新たな材料を取り出して、その材料に前記新たな製品を仮割り付けして、その仮割り付け結果を前記材料に対する前記新たな製品の最良の仮り割り付け結果として記憶装置に記憶させるステップとを実行する製品毎仮割り付け手段と、
   特定の材料に対して前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理を、割り付け対象とされた全ての製品について繰り返すステップと、その結果前記記憶装置に記憶された全ての仮割り付け結果を比較して、予め設定した割り付け良否判定基準に従って最も良い仮割り付け結果を選択し、その仮割り付け結果を前記特定の材料に対する前記全ての製品の最良の仮り割り付け結果として、記憶装置に記憶させるステップとを実行する材料毎仮割り付け手段と、
   割り付け対象となる全ての製品の中から最大の製品を取り出し、最大の製品の大きさＳＸと割り付けられる材料の大きさＺＸとを比較して、ＳＸ＞ＺＸのときは割付不能と判断して処理を終了し、ＳＸ≦ＺＸのときは、最大の製品を初期割付して、割り付け対象から外し、ＺＸ−ＳＸを材料の空きスペースとするステップを実行する強い条件と、割り付け対象となる全ての製品の中から最大の製品を取り出し、最大の製品の大きさＳＸと割り付けられる材料の大きさＺＸとを比較して、ＳＸ＞ＺＸのときは、ＳＸ≦ＺＸの条件を満たす最大の製品を取り出し、その製品を初期割付して割り付け対象から外し、ＺＸ−ＳＸを材料の空きスペースとし、その製品の大きさ以下の全ての製品を割り付け対象に設定するステップを実行する弱い条件と、あるいは無条件のうちの、いずれかの条件を選択して、前記強い条件または前記弱い条件を設定するときは、前記最長製品を除く残りの全ての製品を割り付け対象にするステップを実行する条件設定手段と、
   複数種類の長さの材料に、複数種類の製品を割り付けるとき、前記材料毎仮割り付け手段による処理を、前記全ての種類の材料に対して実行させるステップと、前記記憶装置に記憶された全ての材料に対する仮割り付け結果を、予め定めた割り付け判定基準に従って評価する割り付け判定手段と、前記割り付け判定手段による評価に従って、最も良い仮割り付け結果を選択し、該当する材料に対する該当する製品の割り付け結果を記憶装置に記憶させ、割り付け済みの製品を割り付け対象から除外して、全ての製品が割り付け済みになるまで前記材料毎仮割り付け手段による処理を繰り返させる繰り返し制御手段と、
   前記繰り返し制御手段による制御が終了後、前記記憶装置に記憶させた前記割り付け結果を出力するデータ入出力手段と、
   前記材料毎仮割り付け手段による処理を実行中に、割り付け残製品の情報を取得し、残り２回で終了するような材料の選択が可能なときを最終調整時期と判断する最終調整時期判断手段と、
   前記最終調整時期と判断されたときに、残った製品をすべて割り付けるのに必要な材料の最小量を計算する処理を、全ての材料への割り付け結果について実行するステップと、現在の材料と残りの割り付けに必要な材料の合計を、前記全ての材料への割り付け結果について比較し、予め設定した割り付け良否判定基準に従って、最も良い仮割り付け結果を選択するステップとを実行する最終調整手段とを備えたことを特徴とする材料取り合わせシステム。
2. 前記条件設定手段は、あらかじめ製品を大きさの降順に並び替えて、大きい製品から順に請求項１に記載の処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。
3. 前記条件設定手段は、前記強い条件を設定する場合と弱い条件を設定する場合と、前記無条件を設定する場合の２以上の条件を設定した場合について、それぞれ請求項１に記載の処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。
4. 前記繰り返し制御手段は、
   製品の並びをランダムにして、あらかじめ決められた回数だけ前記製品の並びを変化させながら、請求項１に記載の処理を繰り返し実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。
5. 前記条件設定手段は、請求項１に記載の処理において、
   全ての材料に対して前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理と、
   製品を長さの降順に並び替えてから、割り付け対象とされた全ての製品について、特定の材料に対する前記製品毎仮割り付け手段による処理を実行させる処理とに対して、
   それぞれ、強い条件−強い条件、弱い条件−強い条件、弱い条件−弱い条件、無条件−無条件のいずれかの条件設定で各処理を実行させることを特徴とする材料取り合わせシステム。
6. コンピュータを、請求項１に記載の手段として機能させる材料取り合わせプログラム。
7. コンピュータを、請求項１に記載の手段として機能させる材料取り合わせプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
8. 請求項１に記載の手段とともに、前記割り付けデータを使用して、前記材料を選択する材料選択供給装置と、当該材料に割り付けられた製品をプレカットする材料切断装置とを備えたことを特徴とするプレカット装置。

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