JP2016024799A - 鉄鋼製品の生産計画方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の設備が並列に設置された工程で複数種類の鉄鋼製品を生産するにあたって、精度良く生産計画の最適化を行うことができる、鉄鋼製品の生産計画方法およびプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】コンピュータを用いた、当該工程で処理予定の材料を選定する、材料選定ステップと、選定した材料を処理する設備の設備指定、速度パターン、および納期といった諸元を読込む、材料諸元読込ステップと、当該工程の上流である前工程における前記選定した材料の製造実績を読込む、前工程の材料製造実績読込ステップと、当該工程の設備諸元およびコストを読込む、当該工程の設備諸元・コスト読込ステップと、当該工程通過後の出側材料の状態を予測する、当該工程通過後の出側材料状態予測ステップとを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の設備が並列に設置された工程で複数種類の鉄鋼製品を生産するにあたって、生産を最適化する鉄鋼製品の生産計画方法およびプログラムに関するものである。

従来から、鉄鋼業などの多工程から構成される製造プロセスにおいて、納期遵守、在庫削減、設備稼働率最大化などのための生産計画の最適スケジューリング方法が多数提案されている。鉄鋼業では、薄板系の精整ラインが需給の関係でボトルネックとなったり、能力が余力となったりするという特徴がある。これは、精整ラインが並列で複数に設置されている事が多いためであるが、これに対処すべく、例えば、特許文献１〜４に開示された技術がある。

特許文献１では、並列に複数設置されている製造設備において、設備の期毎の処理量の上下限、設備能力を制約条件として、損益最大化又は処理量最大化になるような製造設備毎の最適品種構成計画作成方法を提案している。

また、特許文献２では、並列に複数設置されている製造設備において、設備の期毎の上下限設備能力（処理量）を所定の期間毎（ターム、スパーン）に計算してこれらを制約条件にすることで長期間の損益最大化、もしくは設備能力最大化になるような製造設備毎の最適品種構成計画作成方法を提案している。

なお、鉄鋼業の精整ラインは、品質不良部の切捨てやスクラップコイル化、製品コイルの分割をするため、前工程の情報、製品諸元とは、精整ライン出側コイルの状態が異なってくる。特許文献３では、所定の時点での前工程の中間製品の製造実績を集計して、予定と実績の差を生産計画システムに反映させることにより、予実較差による生産計画への影響を最小にすることを提案している。

さらに、特許文献４では、設備処理能力を精度良く予測するために、過去の操業実績を基に決定木ロジックから処理能力を算出するロジックを作成して、製品情報により、これらの処理能力を予測する方法を提案している。

特開２００７−２６０４６号公報 特開２００６−４４１４号公報 特開２００４−１４５７４９号公報 特開２００９−２６５６９９号公報

「ここまで解ける整数計画」，システム/制御/情報，Vol.50,No.9,pp. 363-368,2006」

鉄鋼業の精整ラインの場合は、前工程の操業状況により、突発的に品質不良部の切捨てやスクラップコイル、製品コイルの分割が発生する。特に、スクラップコイル、製品コイルの分割が発生した場合は、このスクラップコイル、分割コイルは出側では１コイルとして扱う。精整ラインは、出側コイル１本当たりでピッチを持っているため、スクラップや分割コイルが増加した場合、出側では重量が低下したコイルが増えるという形になると、精整ライン処理能力（分/コイル）が変化（低下）することとなる。

しかしながら、特許文献１および２では、製品についての初期情報を維持して生産計画を作成しており、上述したライン処理能力の変化については考慮がなされていない。

また、特許文献３では、オーダーに対する過不足についての予実較差については記述があるものの、上述したスクラップコイル等によるライン出側のコイル処理能力の変化については考慮がなされていない。

さらに、特許文献４では、並列に複数の設備が設置されている場合を想定していないこととともに、上述したスクラップコイル等によるライン出側のコイル処理能力の変化については考慮がなされていない。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、複数の設備が並列に設置された工程で複数種類の鉄鋼製品を生産するにあたって、精度良く生産計画の最適化を行うことができる、鉄鋼製品の生産計画方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
［１］複数種類の鉄鋼製品を並列に複数の設備が設置された工程で生産するにあたって、生産を最適化する鉄鋼製品の生産計画方法であって、
コンピュータを用いた、
前記工程で処理予定の材料を選定する、当該工程で処理予定の材料選定ステップと、
選定した材料における設備指定、速度パターン、および納期の諸元を読込む、材料諸元読込ステップと、
前記工程の上流である前工程における前記選定した材料の製造実績を読込む、前工程の材料製造実績読込ステップと、
前記工程の設備諸元およびコストを読込む、当該工程の設備諸元・コスト読込ステップと、
前記工程通過後の出側材料の状態を予測する、当該工程通過後の出側材料状態予測ステップと、
前記出側材料の設備毎の処理時間を計算し、計算した出側材料の設備毎の処理時間から入側材料の処理時間に換算し入側材料換算処理時間を計算する、出側材料の設備毎の処理時間計算ステップと、
前記入側材料換算処理時間に基づき、制約条件付き最適化問題として材料スケジューリングの求解を行う、制約条件付き最適化問題として材料スケジューリング求解ステップと、
を有することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
［２］上記［１］に記載の鉄鋼製品の生産計画方法において、
前記出側材料状態予測ステップでは、
前記出側材料をスクラップ、分割無製品、および分割有製品の出側材料区分に分け、
前記出側材料の設備毎の処理時間計算ステップでは、
材料長と設備諸元から計算される処理時間と処理間時間の合計と、設備毎の出側ピッチとで時間の長い方を、出側材料の設備毎の処理時間と決定することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
［３］上記［１］または［２］に記載の鉄鋼製品の生産計画方法において、
前記制約条件付き最適化問題として材料スケジューリング求解ステップでは、
各設備の材料処理可能時間、材料の指定設備、および納期を制約条件とすることを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
［４］上記［１］ないし［３］のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の生産計画方法における各ステップを、コンピュータに実行させることを特徴とする鉄鋼製品の生産計画プログラム。

本発明によれば、複数の設備が並列に設置された工程で複数種類の鉄鋼製品を生産するにあたって、出側材料の設備毎の処理時間を予測し、逆に入側材料の処理時間へと換算を行い、この入側材料換算処理時間に基づいて、後述する制約条件付き最適化問題として材料スケジューリングの求解を行うことにより、精度良く最適な生産計画を作成することができる。

本発明が対象とする生産ラインの一例を示す図である。 本発明による鉄鋼製品の生産計画方法の処理手順を示す図である。

図１は、本発明が対象とする生産ラインの一例を示す図である。前工程（例えば、熱間圧延ライン、冷間圧延ラインなど）を経た材料（中間製品、製品とも称する）は、在庫置場１に保管され、直ぐ出荷されるもの以外は、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３（例えば、スキンパスミル、テンパーミル、ＤＣＲミルなど）の複数設備が並列設置され構成される当該工程Ｂ（例えば、スキンパス工程など）に送られ処理される。当該工程Ｂで処理を終えた製品は、在庫置場２に保管される。ここで、在庫置場１から直ぐ出荷されるもの以外の、当該工程Ｂに送られる製品を、複数設備にどう振り分けて生産を行わせるかという生産計画を立てるのが本発明の主題である。

図２は、本発明による鉄鋼製品の生産計画方法の処理手順を示す図である。以下に説明する処理ステップは、コンピュータにおいて、プログラムとしてＣＰＵにより読み出して実行することができる。また、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤ、ＤＶＤなどのリムーバブルな記憶媒体に記憶しておくことにより、さまざまなコンピュータの記憶装置にインストールすることが可能である。

先ず、Step01の材料選定では、当該工程で処理予定の材料を選定する。表１は、A01〜A36の在庫置場１に保管している材料のうち、次工程がBである入側材料（A01〜A30）を選定する様子を表している。なお、出側材料とは、当該工程Bで処理を終えた材料を指す。

次に、Step02にて材料諸元を読込む。表２に、Step01で選択した入側材料についての材料諸元例を示す。材料毎に処理する設備を指定する設備指定、速度パターン、および納期をそれぞれ表している。

次に、Step03にて前工程の材料製造実績を読込む。表３に、材料製造実績例を示す。入側材料毎に、材料重量、材料長、前工程で発生したコイルの不良部有無および不良部箇所（表中の「先」は材料の先端、「尾」は材料の尾端をそれぞれ表す）、先端・尾端不良部の長さ、および製品分割の有無を表している。

さらに、Step04にて当該工程の設備諸元・コストを読込む。表４に、当該工程の設備（M1、M2,M3）毎の最高ライン速度、設備毎出側ピッチ、処理間時間(材料の入替え時間など実質的な処理以外に要する時間)及び設備毎の処理コストのコスト比率の例を示している。

そして、Step05にて当該工程通過後の出側材料状態を予測する。Step03で読込んだ前工程の材料製造実績から当該工程通過後の出側材料状態を予測するものである。表５に、前工程で発生したコイルの不良部及び製品の分割の有無から、出側材料毎に、製品区分・材料長・材料重量を予測した例を示す。なお、製品区分のX1は分割無製品、X2は分割有製品、Yはスクラップをそれぞれ表す。

さらに、Step06にて出側材料の設備毎の処理時間を計算し、計算した出側材料の設備毎の処理時間から入側材料の処理時間に換算をする。

先ず、出側材料の設備毎の処理時間を計算する。材料長から計算される処理時間を材料長から処理時間と前述した処理間時間を加えた、（材料長から処理時間＋処理間時間）と表４に示した（設備毎の出側ピッチ）との比較によって、時間の長い方を出側材料の設備毎の処理時間と決定する。上述した、材料長から処理時間は、表２に示した速度パターンと材料長から算出し、処理間時間は、表４に示した値を用いる。

出側材料の設備毎の処理時間は、以下のように決定する。
・設備毎の出側ピッチ ＞ （材料長から処理時間＋処理間時間）の場合は、
出側材料の設備毎の処理時間＝設備毎の出側ピッチとし、
・設備毎の出側ピッチ ＜ （材料長から処理時間＋処理間時間）の場合は、
出側材料の設備毎の処理時間＝（材料長から処理時間＋処理間時間）とする。表６に、最終的決定した出側材料の設備毎の処理時間を最終ピッチとして、（材料長から処理時間＋処理間時間）の値とともに、示している。

次に、このように計算した出側材料の設備毎の処理時間すなわち最終ピッチから、入側材料の処理時間へと換算を行う。以下の式に示すように、分割していた出側材料の設備毎の処理時間を足し合わせ、入側材料換算処理時間を計算する。このようにして、出側材料の設備毎の処理時間を予測し、逆に入側材料の処理時間へと換算を行い、この入側材料換算処理時間に基づいて、後述する制約条件付き最適化問題として材料スケジューリングの求解を行うことにより、精度良く最適な生産計画を作成することができる。表６に基づいて、入側材料ごとの入側材料換算処理時間を求めた結果を、表７に示す。

入側材料換算処理時間＝Σ（出側材料の設備毎の処理時間）

そして、Step07にて制約条件付き最適化問題として材料スケジューリングの求解を行う。最適化にあたっては、各設備の材料処理可能時間、材料の指定設備、および納期といった条件を制約条件に、Step06で計算した入側材料換算処理時間に基づき、損益最大を狙うわけであるが、生産状況によって以下のように、評価関数を決める。

（ケース１）生産がタイトで拡販を狙う場合
評価関数は、当該工程の材料処理時間とし、これの最小化を図る。

（ケース２）生産に余力があり拡販を狙う場合
評価関数は、当該工程のコストとし、これの最小化を図る。

なお、いずれの場合も制約条件付き最適化問題の解法には、例えば、非特許文献１に記載の解法を用いるようにすればよい。

上述した表１〜表７の条件にて、制約条件として、各設備の材料処理可能時間を5400秒/設備、短納期材は2500秒以内に処理、および材料の設備指定は厳守と同じ制約条件とした場合の（ケース１）、（ケース２）および従来の方法（ケース３）の材料スケジューリング結果比較を表８に示す。なお、（ケース３）は、材料の設備指定厳守は同じであるが、短納期材を各設備に均等に処理し、その他は入側材料の下２桁（前工程の処理完了順 例えば、Ａ０１、Ａ０２など）から順に均等に各設備で処理するという材料スケジューリングを行っている。

（ケース１）では処理時間の最小が、（ケース２）ではコストの最小がそれぞれ達成できていることが確認できる。

本発明は、複数種類の製品を並列に複数の設備が設置された工程で生産する対象に広く適用可能である。

Claims (4)

1. 複数の設備が並列に設置された工程で複数種類の鉄鋼製品を生産するにあたって、生産を最適化する鉄鋼製品の生産計画方法であって、
   コンピュータを用いた、
   当該工程で処理予定の材料を選定する、材料選定ステップと、
   選定した材料を処理する設備の設備指定、速度パターン、および納期といった諸元を読込む、材料諸元読込ステップと、
   当該工程の上流である前工程における前記選定した材料の製造実績を読込む、前工程の材料製造実績読込ステップと、
   当該工程の設備諸元およびコストを読込む、当該工程の設備諸元・コスト読込ステップと、
   当該工程通過後の出側材料の状態を予測する、当該工程通過後の出側材料状態予測ステップと、
   前記出側材料の設備毎の処理時間を計算し、計算した出側材料の設備毎の処理時間から入側材料の処理時間に換算し入側材料換算処理時間を計算する、出側材料の設備毎の処理時間計算ステップと、
   前記入側材料換算処理時間に基づき、制約条件付き最適化問題として材料スケジューリングの求解を行う、制約条件付き最適化問題として材料スケジューリング求解ステップと、
   を有することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
2. 請求項１に記載の鉄鋼製品の生産計画方法において、
   前記出側材料状態予測ステップでは、
   前記出側材料をスクラップ、分割無製品、および分割有製品の出側材料区分に分け、
   前記出側材料の設備毎の処理時間計算ステップでは、
   材料長と設備諸元から計算される処理時間と処理間時間の合計と、設備毎の出側ピッチとで時間の長い方を、出側材料の設備毎の処理時間と決定することを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
3. 請求項１または２に記載の鉄鋼製品の生産計画方法において、
   前記制約条件付き最適化問題として材料スケジューリング求解ステップでは、
   各設備の材料処理可能時間、材料の指定設備、および納期を制約条件とすることを特徴とする鉄鋼製品の生産計画方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鉄鋼製品の生産計画方法における各ステップを、コンピュータに実行させることを特徴とする鉄鋼製品の生産計画プログラム。

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