JP2020149607A - Material blend planning method, coke manufacturing method, solving method for mixed integer programming problem and material blend planning device - Google Patents

Material blend planning method, coke manufacturing method, solving method for mixed integer programming problem and material blend planning device Download PDF

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Abstract

To provide a material blend planning method, a coke manufacturing method, a solving method for a mixed integer programming problem and a material blend planning device, whereby a material blend programming problem formulated as a mixed integer programming problem including a non-linear variable can be solved highly speedily when a material blend ratio at which an evaluation function is optimum with a constraint condition satisfied is planned.SOLUTION: A material blend planning method comprises: a vectorizing step in which one or more elements included in a non-linear term of a non-linear constraint are converted into different variables to be vectorized; an easing constraint condition formation step in which a constraint condition relating to a vector variable is added; a first optimization step in which a predetermined number of values for a to-be-set vector variable are set and the values of the vector variable are retrieved; a second optimization step in which a plurality of linear plan problem groups are composed to search for a value of a vector variable that is improved in operation index evaluation reference; and a final solution determination step in which a final solution is obtained by a mixed integer programming problem.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、原料配合計画作成方法、コークス製造方法、混合整数計画問題の求解方法および原料配合計画作成装置に関する。 The present invention relates to a raw material compounding plan creating method, a coke manufacturing method, a method for solving a mixed integer programming problem, and a raw material compounding plan creating device.

近年、製鉄プロセスでは、各工程における生産計画、物流計画の最適化および立案自動化が進められている。原料工程では、原料を積載した船舶から荷役した原料をどのヤードに積み付けるかを決めるヤード配置問題、ヤードやパイル上の原料をどのベルトコンベア系列を用いていつ払い出すかを決める原料搬送問題、高炉に装入する原料配合問題等の計画問題等がある。 In recent years, in the steelmaking process, optimization of production plans and distribution plans in each process and automation of planning have been promoted. In the raw material process, there is a yard placement problem that determines in which yard the raw materials loaded from the ship loaded with the raw materials are loaded, and a raw material transportation problem that determines when to use which belt conveyor series the raw materials on the yard or pile to be delivered. There are planning problems such as the problem of mixing raw materials to be charged into the blast furnace.

また、原料配合問題の一つに鉱石配合問題がある。この鉱石配合問題は、高炉の要求する性状制約等の制約条件を満たした上で、コストが最小となるような各銘柄の配合割合を考える問題である。この鉱石配合問題に関して、特許文献1では、生産物の性状と製造設備の能力とに関する制約を守り、原料の購買ならびに製造に掛かるコストを最小化する原料の購買計画および使用計画を作成する際に、制約式および評価関数が非線形式で与えられる場合であっても、それをベクトル変数として探索を実施する方法が開示されている。 In addition, one of the raw material compounding problems is the ore compounding problem. This ore blending problem is a problem of considering the blending ratio of each brand so as to minimize the cost after satisfying the constraint conditions such as the property constraint required by the blast furnace. Regarding this ore compounding problem, in Patent Document 1, when creating a raw material purchasing plan and a usage plan that minimizes the cost of purchasing and manufacturing raw materials while observing the restrictions on the properties of the product and the capacity of the manufacturing equipment. , A method of performing a search using a constraint expression and an evaluation function as vector variables even when they are given as non-linear expressions is disclosed.

特開2018−77840号公報JP-A-2018-77840

しかしながら、実際の操業では、設備上の制約等により配合に使用できる銘柄数に上限がある場合が多い。特許文献1では、非線形計画問題を線形計画問題に置き換える手法が開示されているが、銘柄数に制約がある場合、配合問題は非線形変数を含む混合整数計画問題となってしまうため、同様の処理を施しても線形計画問題よりも求解が格段に難しくなってしまう。 However, in actual operation, there is often an upper limit on the number of brands that can be used for compounding due to equipment restrictions and the like. Patent Document 1 discloses a method of replacing a non-linear programming problem with a linear programming problem. However, if the number of issues is limited, the compounding problem becomes a mixed integer programming problem including nonlinear variables, so the same processing is performed. Even if is applied, the solution becomes much more difficult than the linear programming problem.

また、特許文献1で開示された手法は、一般的に高速に解くことができる線形計画問題では成立するが、線形計画問題と比べて計算時間が非常にかかる混合整数計画問題では、最適解を得ることが困難であるという問題があった。 Further, the method disclosed in Patent Document 1 is generally established in a linear programming problem that can be solved at high speed, but in a mixed integer programming problem that requires a much longer calculation time than a linear programming problem, an optimum solution is obtained. There was the problem that it was difficult to obtain.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制約条件を満たした上で評価関数が最適となる原料の配合割合を計画するにあたり、非線形変数を含む混合整数計画問題として定式化された原料配合計画問題を高速に解くことができる原料配合計画作成方法、コークス製造方法、混合整数計画問題の求解方法および原料配合計画作成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and has been formulated as a mixed integer programming problem including non-linear variables in planning the blending ratio of raw materials for which the evaluation function is optimal after satisfying the constraints. It is an object of the present invention to provide a raw material blending plan creation method, a coke manufacturing method, a method for solving a mixed integer programming problem, and a raw material blending plan creation device capable of solving a raw material blending plan problem at high speed.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る原料配合計画作成方法は、生産量制約および複数の原料の銘柄ごとの在庫制約を含む線形制約と、前記原料の配合後の性状制約を含む非線形式で与えられる非線形制約と、配合に使用する前記原料の銘柄数の上限を含む整数制約と、を含む制約条件を設定し、前記原料の配合に係る操業指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、前記原料の各銘柄の配合量を決定する原料配合計画作成方法であって、前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化ステップと、前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成ステップと、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化ステップと、前記第一の最適化ステップで探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記操業指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化ステップと、前記第二の最適化ステップで決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定ステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the raw material blending plan preparation method according to the present invention includes linear constraints including production amount constraints and inventory constraints for each brand of a plurality of raw materials, and after blending the raw materials. Constraints including the non-linear constraint given by the non-linear formula including the property constraint and the integer constraint including the upper limit of the number of brands of the raw material used for blending are set, and the operation index related to the blending of the raw material is used as an evaluation standard. A method for creating a raw material blending plan for determining the blending amount of each brand of the raw materials based on the constraint conditions and the evaluation criteria, and one or more elements included in the non-linear term with respect to the non-linear constraint. Is replaced with a different variable to vectorize it into a vector variable, and the integer constraint is converted to a continuous variable constraint, the non-linear constraint is linearized using the vector variable, and a constraint condition for the vector variable is added. By doing so, a vector that includes the relaxation constraint creation step for creating the relaxation constraint, the linear constraint, and the relaxation constraint, and is set so that the optimization problem using the operation index as the evaluation criterion has a solution. A first optimization step of searching for the value of the vector variable by setting a predetermined number of variable values, and all or some of the vector variables searched in the first optimization step. On the other hand, the value of the vector variable that includes the linear constraint and the relaxation constraint condition and constitutes a plurality of linear planning problem groups using the operation index as an evaluation standard, and the evaluation standard of the operation index is improved. A second optimization step for searching for, and a final solution determination step for obtaining the final solution by a mixed integer programming problem, which is constructed based on one vector variable value determined in the second optimization step. Including.

また、本発明に係る原料配合計画作成方法は、上記発明において、前記第一の最適化ステップが、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ非線形項に含まれた要素であって、ベクトル変数の要素に置き換えられた要素が、前記非線形項に含まれた要素に対応するベクトル変数の要素との値の差をペナルティ項とし、前記ペナルティ項の和を評価関数とする線形計画問題を構成するステップと、前記ベクトル変数の値を複数設定し、複数の線形計画問題群を構築し、前記複数の線形計画問題群の解を求めつつ、前記ペナルティ項の和の評価関数が0に漸近するように前記ベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索するステップと、を有する。 Further, in the method for creating a raw material compounding plan according to the present invention, in the above invention, the first optimization step is an element including the linear constraint and the relaxation constraint condition and included in the non-linear term, and is a vector. The element replaced by the element of the variable constitutes a linear programming problem in which the difference in value from the element of the vector variable corresponding to the element included in the non-linear term is used as the penalty term and the sum of the penalty terms is used as the evaluation function. Steps to be performed, a plurality of values of the vector variables are set, a plurality of linear planning problem groups are constructed, and the evaluation function of the sum of the penalty terms gradually approaches 0 while finding the solution of the plurality of linear planning problem groups. As described above, it has a step of searching the vector variable by a heuristic solution method.

また、本発明に係る原料配合計画作成方法は、上記発明において、前記第二の最適化ステップが、前記第二の最適化ステップで構成された複数の線形計画問題群に対して、前記複数の線形計画問題群の解を求めつつ、前記操業指標を評価基準として、前記ベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索し、一つのベクトル変数値を決定するステップを有する。 Further, in the method for creating a raw material compounding plan according to the present invention, in the above invention, the plurality of linear programming problem groups in which the second optimization step is composed of the second optimization step are described. It has a step of searching the vector variable by a heuristic solution method using the operation index as an evaluation standard while finding a solution of a linear programming problem group, and determining one vector variable value.

また、本発明に係る原料配合計画作成方法は、上記発明において、前記最終解決定ステップが、前記第二の最適化ステップで得られたベクトル変数値に基づいて、前記非線形制約を線形化した混合整数計画問題の解を導出し、最終解を決定する。 Further, in the method for creating a raw material compounding plan according to the present invention, in the above invention, the final solution determination step is a mixture in which the nonlinear constraint is linearized based on the vector variable value obtained in the second optimization step. Derivation of the solution of the integer programming problem and determining the final solution.

また、本発明に係る原料配合計画作成方法は、上記発明において、前記ヒューリスティック解法には、粒子群最適化法または遺伝的アルゴリズムが含まれる。 Further, in the method for creating a raw material compounding plan according to the present invention, in the above invention, the heuristic solution method includes a particle swarm optimization method or a genetic algorithm.

また、本発明に係る原料配合計画作成方法は、上記発明において、前記原料が、石炭であり、前記非線形制約が、コークス強度推定式を含む。 Further, in the method for creating a raw material compounding plan according to the present invention, in the above invention, the raw material is coal, and the non-linear constraint includes a coke strength estimation formula.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコークス製造方法は、上記発明に係る原料配合計画作成方法によって作成された原料配合計画に基づいてコークスを製造する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the coke manufacturing method according to the present invention manufactures coke based on the raw material blending plan prepared by the raw material blending plan preparation method according to the above invention.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る混合整数計画問題の求解方法は、線形式で与えられる線形制約と、非線形式で与えられる非線形制約と、整数制約と、を含む制約条件を設定し、所定の指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、混合整数計画問題を解く混合整数計画問題の求解方法であって、前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化ステップと、前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成ステップと、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記所定の指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化ステップと、前記第一の最適化ステップで探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記所定の指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記所定の指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化ステップと、前記第二の最適化ステップで決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定ステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the method for solving the mixed integer programming problem according to the present invention includes linear constraints given in linear form, non-linear constraints given by non-linear equations, and integer constraints. It is a method of solving a mixed integer planning problem that solves a mixed integer planning problem based on the constraint condition and the evaluation standard by setting a constraint condition to be included, giving a predetermined index as an evaluation standard, and for the non-linear constraint. , One or more elements included in the non-linear term are replaced with different variables and vectorized to make a vector variable, and the integer constraint is converted into a continuous variable constraint, and the non-linear constraint is used. Optimum including the relaxation constraint creation step of creating a relaxation constraint by linearizing and adding the constraint on the vector variable, the linear constraint and the relaxation constraint, and using the predetermined index as an evaluation criterion. In the first optimization step of searching for the value of the vector variable by setting a predetermined number of values of the vector variables to be set so that the conversion problem has a solution, and the first optimization step For all the searched vector variables or some of the vector variables, a plurality of linear planning problem groups including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the predetermined index as an evaluation criterion are formed, and the predetermined A mixed integer composed based on a second optimization step for searching the value of the vector variable for which the evaluation criterion of the index is improved and one vector variable value determined in the second optimization step. Includes a final solution determination step to obtain the final solution by the planning problem.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る原料配合計画作成装置は、生産量制約および複数の原料の銘柄ごとの在庫制約を含む線形制約と、前記原料の配合後の性状制約を含む非線形式で与えられる非線形制約と、配合に使用する前記原料の銘柄数の上限を含む整数制約と、を含む制約条件を設定し、前記原料の配合に係る操業指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、前記原料の各銘柄の配合量を決定する原料配合計画作成装置であって、前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化手段と、前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成手段と、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化手段と、前記第一の最適化手段で探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記操業指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化手段と、前記第二の最適化手段で決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定手段と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the raw material blending planning apparatus according to the present invention has linear constraints including production amount constraints and inventory constraints for each brand of a plurality of raw materials, and after blending the raw materials. Constraints including the non-linear constraint given by the non-linear formula including the property constraint and the integer constraint including the upper limit of the number of brands of the raw materials used for blending are set, and the operation index related to the blending of the raw materials is used as an evaluation standard. A raw material compounding plan creating device that determines the blending amount of each brand of the raw material based on the constraint conditions and the evaluation criteria, and is one or more elements included in the non-linear term with respect to the non-linear constraint. Is replaced with a different variable to vectorize it into a vector variable, and the integer constraint is converted into a continuous variable constraint, the non-linear constraint is linearized using the vector variable, and a constraint condition related to the vector variable is added. By doing so, a relaxation constraint condition creating means for creating a relaxation constraint condition, and a vector that includes the linear constraint and the relaxation constraint condition and is set so that the optimization problem using the operation index as an evaluation criterion has a solution. A first optimization means for setting a predetermined number of variable values and searching for the value of the vector variable, and all vector variables or some vector variables searched for by the first optimization means. On the other hand, the value of the vector variable that includes the linear constraint and the relaxation constraint condition and constitutes a plurality of linear planning problem groups using the operation index as an evaluation standard, and the evaluation standard of the operation index is improved. A second optimization means for searching for, and a final solution determination means for obtaining the final solution by a mixed integer programming problem, which is constructed based on one vector variable value determined by the second optimization means. Be prepared.

本発明によれば、非線形変数を含む混合整数計画問題として定式化された原料配合計画問題を高速に解くことができる。すなわち、配合に使用する原料の銘柄数の上限と、原料の配合後の性状とに関する制約を含む原料配合計画問題を高速に解くことができる。 According to the present invention, it is possible to solve a raw material compounding planning problem formulated as a mixed integer programming problem including nonlinear variables at high speed. That is, it is possible to solve the raw material blending planning problem including restrictions on the upper limit of the number of brands of raw materials used for blending and the properties of the raw materials after blending at high speed.

図1は、線形計画問題の解領域および実行可能領域を示す模式図であるである。FIG. 1 is a schematic diagram showing a solution area and a feasible area of a linear programming problem. 図2は、混合整数計画問題の解領域および実行可能領域を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a solution area and a feasible area of a mixed integer programming problem. 図3は、本発明の実施形態に係る原料配合計画作成装置の概略的な構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a raw material compounding plan creating apparatus according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法の流れを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the raw material compounding plan creating method according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法において、緩和条件求解ステップの詳細を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the details of the relaxation condition solving step in the raw material compounding plan creating method according to the embodiment of the present invention. 図6は、緩和制約条件作成ステップの概要を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an outline of the relaxation constraint condition creation step. 図7は、粒子群最適化法の概要を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of the particle swarm optimization method. 図8は、本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法において、真の計画問題求解ステップの詳細を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the details of the true planning problem solving step in the raw material compounding plan creating method according to the embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法の実施例であり、原料配合計画を立案した際の評価値の推移を示すグラフである。FIG. 9 is an example of the raw material blending plan creating method according to the embodiment of the present invention, and is a graph showing the transition of the evaluation value when the raw material blending plan is drafted.

本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法、コークス製造方法、混合整数計画問題の求解方法および原料配合計画作成装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下で説明する実施形態に限定されるものではない。 A method for creating a raw material compounding plan, a method for producing coke, a method for solving a mixed integer programming problem, and a device for creating a raw material compounding plan according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.

まず、本発明が適用される原料配合計画の最適化問題の概要について説明する。鉄鋼業界では、購入した種々の性状を有する多種類の鉄鉱石や石炭等の原料を混合して、混合後の品質および性状を一定範囲内に収めることが求められている。また、この際にはコストが重要な指標として判断されるため、購入コスト、製造コスト等の最小化が求められる。更に、原料の在庫が切れないように、配合割合を変化させながら複数日に亘って、配合を計画することが求められる。本発明では、原料配合計画を最適化問題として定式化している。本発明が対象とする原料配合計画の最適化問題は、例えば下記式(1)、(2)のように表すことができる。 First, the outline of the optimization problem of the raw material compounding plan to which the present invention is applied will be described. In the steel industry, it is required to mix raw materials such as various kinds of purchased iron ore and coal having various properties, and to keep the quality and properties after mixing within a certain range. Further, in this case, since the cost is judged as an important index, it is required to minimize the purchase cost, the manufacturing cost, and the like. Furthermore, it is required to plan the blending over a plurality of days while changing the blending ratio so that the stock of raw materials is not exhausted. In the present invention, the raw material compounding plan is formulated as an optimization problem. The problem of optimizing the raw material compounding plan targeted by the present invention can be expressed by, for example, the following equations (1) and (2).

ここで、上記式(1)、(2)において、Fはn次元ベクトル空間Rの部分集合、fはRで定義された評価関数である。 Here, in the above equations (1) and (2), F is a subset of the n-dimensional vector space R n , and f is an evaluation function defined by R n .

図1は、線形計画問題(LP:Linear Programming Problem)の解領域および実行可能領域を示す模式図である。線形計画問題では、上記評価関数および制約条件は線形である。また、同図の多角形は、線形計画問題の実行可能領域を示している。線形計画問題を解く場合、多角形の頂点(同図の破線丸参照)のみを探索すればよいため、高速計算が可能である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a solution area and a feasible area of a linear programming problem (LP). In a linear programming problem, the merit function and constraints are linear. The polygon in the figure shows the feasible region of the linear programming problem. When solving a linear programming problem, it is only necessary to search for the vertices of the polygon (see the dashed circle in the figure), so high-speed calculation is possible.

図2は、混合整数計画問題(MIP:Mixed Integer Programming Problem)の解領域および実行可能領域を示す模式図である。混合整数計画問題は、実行可能領域が凸多角形(図1参照)である線形計画問題とは異なり、実行可能領域が同図に示すような非連続の図形となっている。そのため、混合整数計画問題を解く場合、非連続な図形上の点を探索する必要があり、計算に時間を要する。また、混合整数計画問題に非線形の変数が加わると、更に複雑となる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a solution area and a feasible area of a mixed Integer programming problem (MIP). The mixed integer programming problem is different from the linear programming problem in which the feasible region is a convex polygon (see FIG. 1), and the feasible region is a discontinuous figure as shown in the figure. Therefore, when solving a mixed integer programming problem, it is necessary to search for points on non-continuous figures, which takes time for calculation. It is also complicated by the addition of non-linear variables to the mixed integer programming problem.

上記式(1)における評価関数の値は、最適化問題に応じて所定の数値とすることができる。たとえば、最小値や最大値、あるいは予め定められた所定の値とすることができる。以下では、本発明の対象である原料配合問題を例として、下記式(3)〜(9)に示すような数理モデルを定式化し、最適化問題を考える。 The value of the evaluation function in the above equation (1) can be a predetermined numerical value according to the optimization problem. For example, it can be a minimum value, a maximum value, or a predetermined predetermined value. In the following, the optimization problem will be considered by formulating a mathematical model as shown in the following equations (3) to (9), taking the raw material compounding problem which is the object of the present invention as an example.

上記式(3)〜(9)において、xi,jを各計画期間jにおける銘柄iの配合量、sを各計画期間jにおける銘柄iの在庫量、Cを銘柄iのコスト、Nを各計画期間jにおける配合量の総和、d,e,kを銘柄iのある成分、yi,jを銘柄iが配合されるか否かの0−1変数、とした場合、上記式(3)〜(9)は、以下を示す式となる。 In the above formulas (3) to (9), x i and j are the blending amount of the brand i in each planning period j, s is the inventory amount of the brand i in each planning period j, C is the cost of the brand i, and N is each. sum of the amount in the plan period j, d i, e i, components k i with stock i, y i, when the j whether 0-1 variable issue i is blended with the above formula (3) to (9) are equations showing the following.

式(3):配合後の計画のコストを示す式
式(4):各計画期間jで充足すべき配合量に関する制約を示す式
式(5):銘柄ごとの在庫制約を示す式
式(6)、(7):配合後の性状制約を示す式
式(8):配合に使用する銘柄数の上限制約を示す式
式(9):式は銘柄iを使用するか否かを示す式
Formula (3): Formula showing the cost of planning after blending (4): Formula showing restrictions on the blending amount to be satisfied in each planning period j (5): Formula showing inventory constraints for each brand (6) ), (7): Formula (8) showing the property constraint after blending: Formula showing the upper limit constraint on the number of brands used for blending (9): Formula showing whether or not brand i is used

なお、上記式(6)のような性状制約は複数あってもよい。また、上記式(3)〜(9)中におけるC,C,Cは定数である。また、全ての変数および定数は非負の実数である。 In addition, there may be a plurality of property restrictions as in the above equation (6). Further, C, C 1 and C 2 in the above equations (3) to (9) are constants. Also, all variables and constants are non-negative real numbers.

また、上記式(3)で示される評価関数は、ここでは配合後の計画のコストを用いているが、他の態様であっても構わない。例えば、期間的に隣接する計画期間での各原料銘柄の使用量xi,jに関する配合率の変化幅を用い、この変化幅を最小化する式としてもよい。これは、例えば原料配合の仕方が日替わりで大きく変わるよりも、配合の仕方が類似しているほうが操業条件の変化が小さいため、操業上の負担を小さくできるためである。いずれにしろ、上記式(3)で示される評価関数は、原料の配合に係る操業指標であればよく、場合によって、その操業指標の最小化または最大化を目的とすればよい。 Further, the evaluation function represented by the above formula (3) uses the cost of planning after compounding here, but other embodiments may be used. For example, the change width of the blending ratio with respect to the usage amount x i, j of each raw material brand in the planned period adjacent to each other may be used, and the change width may be minimized. This is because, for example, the change in operating conditions is smaller when the method of blending the raw materials is similar than when the method of blending the raw materials changes significantly on a daily basis, so that the burden on the operation can be reduced. In any case, the evaluation function represented by the above formula (3) may be an operation index related to the blending of raw materials, and in some cases, the purpose may be to minimize or maximize the operation index.

ここで、上記式(7)は、二次の非線形変数を含むため、そのまま扱うと非線形計画問題となる。しかも、上記式(8)は、左辺に0−1変数を含むため、求解が非常に困難である。そこで、本発明では、上記式(7)の非線形変数をベクトル変数に置き換え(後記する図5のステップS31,S32)、上記式(8)のyは「0以上1以下」の連続変数に近似し(同図のステップS33)、下記式(10)〜(19)に示すような数理モデルを定式化する(同図のステップS34)。 Here, since the above equation (7) includes a quadratic nonlinear variable, if it is treated as it is, it becomes a nonlinear programming problem. Moreover, since the above equation (8) contains a 0-1 variable on the left side, it is very difficult to find it. Therefore, in the present invention, the non-linear variable of the above equation (7) is replaced with a vector variable (steps S31 and S32 in FIG. 5 described later), and y of the above equation (8) is approximated to a continuous variable of "0 or more and 1 or less". (Step S33 in the figure), a mathematical model as shown in the following equations (10) to (19) is formulated (step S34 in the figure).

ここで、上記式(14)、(15)におけるベクトル変数g は、計画期間jにおけるΣei,jの近似値の定数を示している。また、上記式(15)におけるpは、近似値との差を示すペナルティ変数である。 Here, the vector variables g j k in the above equations (14) and (15) indicate constants of approximate values of Σ e i x i, j in the planning period j. Further, p j in the above formula (15) is a penalty variable indicating the difference between the approximate value.

上記式(14)、(15)により、上記式(7)を線形式で表すことができる。また、上記式(18)、(19)は、上記式(9)を緩和した式であり、0−1のバイナリ変数yを0〜1の連続変数とし、十分に大きい定数Mによって緩和する「big−M法」と呼ばれる手法を用いている。なお、今回は、M=Σとした。 By the above equations (14) and (15), the above equation (7) can be expressed in linear form. Further, the above equations (18) and (19) are equations in which the above equation (9) is relaxed, and the binary variable y of 0-1 is set as a continuous variable of 0 to 1, and is relaxed by a sufficiently large constant M. A method called "big-M method" is used. This time, M = Σ j N j .

ここで、上記式(15)のペナルティ変数pを用いたのは、上記式(7)の非線形項を特定の固定値にそのまま置き換えた場合、解が得られる保証がないためである。そのため、式(15)のようなペナルティ変数p(p≧0)を加えた上で、そのペナルティ変数pが0となるように最小化問題を解いて、上記式(3)〜(9)の解が得られるようなパラメータ(ベクトル変数g )の候補を探索する。 Here, using the penalty variable p j in the above formula (15), when replacing it with a non-linear term of the equation (7) to a specific fixed value, because there is no guarantee that a solution is obtained. Therefore, after adding the penalty variable p j (p j ≧ 0) as in the equation (15), the minimization problem is solved so that the penalty variable p j becomes 0, and the above equations (3) to (3) to ( solution of 9) searches the candidate parameters as obtained (vector variable g j k).

また、上記式(10)〜(19)に示す数理モデルは、上記式(14)のベクトル変数g の値によって大きく左右されるため、設定する定数の組み合わせとなるベクトルをK個用意する。すなわち、K個の緩和問題が定式化され、その評価関数値を比較することによってJ次元のベクトル変数g の値を更新し(後記する図5のステップS36)、上記式(10)の評価関数が最小、すなわち0となるまで探索していく。 Further, mathematical model shown in the equation (10) to (19), since greatly affected by the value of vector variable g j k in the formula (14), to the K prepared a vector of the combination of the constants to be set .. That, K pieces of relaxation problem is formulated, updates the value of the vector variable g j k of J dimension by comparing the evaluation function value of (step S36 of FIG. 5 described later), the formula (10) The search is performed until the evaluation function becomes the minimum, that is, 0.

ベクトル変数g の値の更新には、例えば粒子群最適化法(PSO:Particle Swarm Optimization)や遺伝的アルゴリズム(GA:Genetic Algorithm)等のヒューリスティック解法を用いることができる。以下では、粒子群最適化法を用いた例を説明する。 The update of the value of the vector variable g j k, for example, Particle Swarm Optimization (PSO: Particle Swarm Optimization) and Genetic Algorithms (GA: Genetic Algorithm) can be used heuristic method such. In the following, an example using the particle swarm optimization method will be described.

粒子群最適化法のアルゴリズムは、生物の集団行動にヒントを得たメタヒューリスティックスであり、探索の対象となる評価関数が与えられたとき、複数の粒子が互いに情報を共有しながら最適解を求めて探索空間内を動き回るというものである。粒子群最適化法は、このような概念とアルゴリズムの簡素さ、動作の柔軟さ、改良の可能性等を特徴としている。粒子群最適化法のアルゴリズムでは、下記式(20)、(21)に従って各非線形ベクトルの成分を更新する。 The algorithm of the particle swarm optimization method is a meta-heuristics inspired by the collective behavior of living organisms, and when an evaluation function to be searched is given, multiple particles share information with each other to find the optimum solution. It moves around in the search space. The particle swarm optimization method is characterized by the simplicity of such concepts and algorithms, the flexibility of operation, and the possibility of improvement. In the particle swarm optimization algorithm, the components of each nonlinear vector are updated according to the following equations (20) and (21).

上記式(20)、(21)において、a は時刻m∈Mにおけるベクトル変数k∈Kの更新ベクトル、b は時刻mにおけるベクトル変数kの位置ベクトル(座標)、r,Cはそれぞれ乱数によって与えられるパラメータを示している。また、Pは、各粒子(各ベクトル変数)kが時刻mまでに取った最良の位置ベクトルを示すパーソナルベスト、Gは、全粒子(全ベクトル変数)が時刻mまでに取った最良の位置ベクトルを示すグローバルベスト、を示している。問題設定が最小化問題である場合には、目的関数値が小さくなれば、パーソナルベストPおよびグローバルベストGを更新する。 In the above equations (20) and (21), a m k is the update vector of the vector variable k ∈ K at time m ∈ M, b m k is the position vector (coordinates) of the vector variable k at time m, and r and C are. The parameters given by random numbers are shown respectively. P k is the personal best indicating the best position vector taken by each particle (each vector variable) k by the time m, and G m is the best taken by all particles (all vector variables) by the time m. It shows the global best, which shows the position vector. When the problem setting is a minimization problem, the personal best PK and the global best Gm are updated when the objective function value becomes small.

本発明において、位置ベクトルb は、上記式(10)〜(19)の数理モデルにおける、時刻mのベクトル変数g に相当する。上記式(10)〜(19)の数理モデルでは、評価値(評価関数の値)が0、または予め定めた極小の所定値(ほとんど0とみなせる値)以下となったときに終了条件を満たすものとし、終了条件を満たすと(図5のステップS37でYes)、探索を終了する。そして、探索が終了した時点でL個の粒子を選択し、改めてベクトル変数g を設定し、以下の緩和問題を解いていく。ここでL個の粒子は、前記した粒子群最適化法のアルゴリズムで探索したベクトル変数について、評価関数最小化後の任意のL個を選択してよい。また、評価関数が小さいものからL個選択してもよい。あるいは、探索に用いたK個の粒子のパラメータを全て用いてもよい。 In the present invention, the position vector b m k corresponds to the vector variable g j k at time m in the mathematical models of the above equations (10) to (19). In the mathematical models of the above equations (10) to (19), the termination condition is satisfied when the evaluation value (value of the evaluation function) is 0 or equal to or less than a predetermined minimum predetermined value (value that can be regarded as almost 0). When the end condition is satisfied (Yes in step S37 of FIG. 5), the search ends. The search and select the L particles upon completion, to set anew vector variable g j k, unravel the following relaxation problem. Here, as the L particles, any L particles after the evaluation function is minimized may be selected for the vector variable searched by the algorithm of the particle swarm optimization method described above. Further, L may be selected from the one having the smallest evaluation function. Alternatively, all the parameters of the K particles used in the search may be used.

上記式(10)の評価関数値が0になると、上記式(14)、(15)が上記式(7)と同じ意味を成すことになる。そのため、上記で選択されたベクトル変数g を用いて、上記式(10)〜(19)の数理モデルを、下記式(22)〜(30)に示す数理モデルに切り替える(後記する図5のステップS38,S39)。これにより、元の数理モデル(上記式(3)〜(9))の下界を解くことになる(同図のステップS40)。 When the evaluation function value of the above equation (10) becomes 0, the above equations (14) and (15) have the same meaning as the above equation (7). Therefore, using vector variable g j k selected above, Figure 5 a mathematical model of the equation (10) to (19), which (later switched to the mathematical model of the following formula (22) - (30) Steps S38 and S39). As a result, the lower bound of the original mathematical model (the above equations (3) to (9)) is solved (step S40 in the figure).

上記式(22)〜(30)に示す数理モデルについても、上記式(26)のベクトル変数g の値によって大きく左右される。そのため、設定する定数の組み合わせとなるベクトルは、上記式(10)〜(19)の数理モデルと粒子群最適化法によって得られたL個のベクトルとする。すなわち、L個の緩和問題が定式化され、その評価関数値を比較することによってJ次元のベクトル変数g の値を更新する(後記する図5のステップS41)。 For even mathematical model shown in the equation (22) - (30), greatly influenced by the value of vector variable g j k in the formula (26). Therefore, the vectors that are the combination of the constants to be set are L vectors obtained by the mathematical model of the above equations (10) to (19) and the particle swarm optimization method. That, L-number of relaxation problem is formulated, updates the value of the vector variable g j k of J dimension by comparing the evaluation function value (step S41 of FIG. 5 described later).

ベクトル変数g の値の更新には、例えば粒子群最適化法や遺伝的アルゴリズム等のヒューリスティック解法を用いることができる。以下では、粒子群最適化法を用いた例を説明する。粒子群最適化法のアルゴリズムは上記の通りであり、上記式(20)、(21)に従って各非線形ベクトルの成分を更新する。ベクトル変数の更新の手順は、対象とする数理モデルが上記式(22)〜(30)であることを除いて、前記した通りである。 The update of the value of the vector variable g j k, can be used, for example a heuristic method such as particle swarm optimization and genetic algorithm. In the following, an example using the particle swarm optimization method will be described. The algorithm of the particle swarm optimization method is as described above, and the components of each nonlinear vector are updated according to the above equations (20) and (21). The procedure for updating the vector variable is as described above, except that the target mathematical model is the above equations (22) to (30).

すなわち、L個の位置ベクトルb に対して、上記式(22)〜(30)の数理モデルを解き、評価関数値(式(19)のf(x))を用いてパーソナルベストPおよびグローバルベストGとともに位置ベクトルb を更新し、予め定められた終了条件を満たすと(後記する図5のステップS42でYes)、グローバルベストGを出力する(同図のステップS43)。終了条件は、例えば繰り返し回数を定める方法や、評価関数の変化量等により定めることができる。 That is, for the L position vectors b m k, it solves a mathematical model of the above formula (22) - (30), a personal best P k using (f (x) of formula (19)) the evaluation function value and global best G m with updating the position vector b m k, predetermined and end condition is satisfied (Yes in step S42 of FIG. 5 described later), and outputs a global best G m (step S43 in FIG.) .. The end condition can be determined, for example, by a method of determining the number of repetitions, the amount of change in the evaluation function, or the like.

そして、出力されたグローバルベストGに対して、下記式(31)〜(38)の数理モデルで示される混合整数計画問題を解く(図4のステップS4)。 Then, the global best G m output, solving mixed integer programming problem represented by mathematical models of the following formulas (31) - (38) (step S4 in FIG. 4).

但し、k∈L∈Kである。以上の手順により、非線形変数を含む混合整数計画問題を高速に解くことができる。 However, k ∈ L ∈ K. By the above procedure, a mixed integer programming problem including nonlinear variables can be solved at high speed.

[原料配合計画作成装置]
本発明の実施形態に係る原料配合計画作成装置の構成について、図3を参照しながら説明する。原料配合計画作成装置1は、入力部10と、出力部20と、演算部30と、を備えている。
[Raw material formulation planning device]
The configuration of the raw material compounding plan creating apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The raw material blending plan creating device 1 includes an input unit 10, an output unit 20, and a calculation unit 30.

入力部10は、演算部30に対する入力手段であり、例えばキーボード、マウスポインタ、テンキー等の入力装置によって実現される。 The input unit 10 is an input means for the calculation unit 30, and is realized by an input device such as a keyboard, a mouse pointer, or a numeric keypad.

出力部20は、例えばLCDディスプレイ、CRTディスプレイ等の表示装置によって実現され、演算部30から入力される表示信号をもとに、計算結果等を表示する。 The output unit 20 is realized by a display device such as an LCD display or a CRT display, and displays a calculation result or the like based on a display signal input from the calculation unit 30.

演算部30は、例えばCPU(Central Processing Unit)等からなるプロセッサと、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等からなるメモリ(主記憶部)と、によって実現される。 The arithmetic unit 30 is realized by, for example, a processor including a CPU (Central Processing Unit) and a memory (main storage unit) including a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).

演算部30は、プログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部等を制御することにより、所定の目的に合致した機能を実現する。演算部30は、プログラムの実行を通じて、求解部31として機能する。 The arithmetic unit 30 loads the program into the work area of the main storage unit, executes the program, and controls each component or the like through the execution of the program to realize a function that meets a predetermined purpose. The calculation unit 30 functions as a solution unit 31 through the execution of the program.

[原料配合計画作成方法]
本発明の実施形態に係る原料配合計画作成方法について、図4〜図8を参照しながら説明する。本実施形態に係る原料配合計画作成方法は、非線形変数を含む混合整数計画問題として定式化された原料配合計画において、制約条件を満たした上で評価関数が最適となる原料の配合割合を決定するための方法である。本実施形態に係る原料配合計画作成方法では、具体的には、線形制約、非線形制約および整数制約を含む制約条件を設定し、原料の配合に係る操業指標を評価基準として与え、制約条件および評価基準に基づいて、原料の各銘柄の配合量を決定する。
[How to create a raw material formulation plan]
A method for creating a raw material compounding plan according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 8. In the raw material blending plan creation method according to the present embodiment, in the raw material blending plan formulated as a mixed integer programming problem including nonlinear variables, the blending ratio of the raw materials for which the evaluation function is optimal is determined after satisfying the constraints. Is the way to. In the raw material blending plan creation method according to the present embodiment, specifically, constraint conditions including linear constraint, non-linear constraint and integer constraint are set, and an operation index related to raw material blending is given as an evaluation standard, and the constraint condition and evaluation are performed. Based on the standard, the blending amount of each brand of raw material is determined.

ここで、前記した原料としては、例えば石炭が挙げられる。例えば本実施形態に係る原料配合計画作成方法によって原料配合計画を作成し、当該原料配合計画に従って複数銘柄の石炭を配合した後、コークス炉で乾留することにより、コークスを製造することができる。 Here, examples of the above-mentioned raw material include coal. For example, coke can be produced by creating a raw material blending plan by the method for creating a raw material blending plan according to the present embodiment, blending a plurality of brands of coal according to the raw material blending plan, and then carbonizing in a coke oven.

また、前記した線形制約としては、例えばコークスの計画生産量に関する生産量制約や、複数の原料の銘柄ごとの在庫制約等が挙げられる。また、前記した非線形制約は、非線形式で与えられ、複数銘柄の原料を配合した後の性状制約等を示している。また、前記した整数制約は、配合に使用する原料の銘柄数の上限を示している。 Further, as the linear constraint described above, for example, a production volume constraint relating to a planned production volume of coke, an inventory constraint for each brand of a plurality of raw materials, and the like can be mentioned. Further, the non-linear constraint described above is given by a non-linear formula, and indicates a property constraint after blending raw materials of a plurality of brands. Further, the above-mentioned integer constraint indicates an upper limit of the number of brands of raw materials used for blending.

本実施形態に係る原料配合計画作成方法は、後記するように、ベクトル化ステップS31と、緩和制約条件作成ステップS33と、線形制約および緩和制約条件を含み、かつ操業指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、ベクトル変数の値を探索する第一の最適化ステップ(第一の緩和問題作成ステップS34〜ベクトル変数更新ステップS36)と、を行い、予め定められた終了条件を満たすまで第一の最適化ステップを繰り返し(第一の緩和問題繰り返しステップS37)、終了条件を満たした際のベクトル変数群を決定するベクトル変数設定ステップS38を行う。 As will be described later, the raw material compounding plan creation method according to the present embodiment includes a vectorization step S31, a relaxation constraint condition creation step S33, a linear constraint and a relaxation constraint condition, and is optimized using an operation index as an evaluation standard. The first optimization step (first mitigation problem creation step S34 to vector variable) in which the values of the vector variables to be set are set in a predetermined number in advance so that the problem has a solution, and the values of the vector variables are searched. Update step S36) and the first optimization step are repeated until a predetermined end condition is satisfied (first mitigation problem repetition step S37), and a vector variable group when the end condition is satisfied is determined. The vector variable setting step S38 is performed.

続いて、第一の最適化ステップで探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、線形制約および緩和制約条件を含み、かつ操業指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、操業指標の評価基準が改善されていくベクトル変数の値を探索する第二の最適化ステップ(ベクトル変数設定ステップS38〜ベクトル変数更新ステップS41)を行い、予め定められた終了条件を満たすまで第二の最適化ステップを繰り返し(第二の緩和問題繰り返しステップS42)、終了条件を満たした際の第二の最適化ステップで決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定ステップ(真の計画問題求解ステップS4)を行う。 Subsequently, for all vector variables or some vector variables searched in the first optimization step, a plurality of linear programming problem groups including linear constraints and relaxation constraints and using the operation index as an evaluation criterion are set. The second optimization step (vector variable setting step S38 to vector variable update step S41) for searching for the value of the vector variable that is configured and the evaluation standard of the operation index is improved is performed, and a predetermined termination condition is satisfied. The second optimization step is repeated until (second mitigation problem repetition step S42), and the mixture is composed based on one vector variable value determined in the second optimization step when the end condition is satisfied. The final solution determination step (true planning problem solving step S4) for obtaining the final solution by the integer programming problem is performed.

以下、本実施形態に係る原料配合計画作成方法の詳細について説明する。本実施形態に係る原料配合計画作成方法は、図4に示すように、入力データ取り込みステップS1と、制約条件取り込みステップS2と、緩和問題求解ステップS3と、真の計画問題求解ステップS4と、結果出力ステップS5と、をこの順番で行う。なお、同図に示した各ステップは、演算部30の求解部31が主体となって実施される。 Hereinafter, the details of the raw material blending plan preparation method according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the raw material compounding plan creation method according to the present embodiment includes input data acquisition step S1, constraint condition acquisition step S2, relaxation problem solving step S3, true planning problem solving step S4, and results. Output step S5 is performed in this order. In addition, each step shown in the figure is mainly carried out by the solution unit 31 of the calculation unit 30.

(入力データ取り込みステップS1)
入力データ取り込みステップS1では、入力部10を介して、原料配合計画の立案に必要な入力データを取り込む。この入力データとしては、例えば在庫、入荷、操業計画、配合計画に使用する銘柄の性状に関する情報が挙げられる。
(Input data acquisition step S1)
In the input data acquisition step S1, the input data necessary for drafting the raw material blending plan is acquired via the input unit 10. Examples of this input data include information on the properties of stocks used in inventory, arrival, operation planning, and compounding planning.

(制約条件取り込みステップS2)
制約条件取り込みステップS2では、入力部10を介して、原料の配合後に求められる性状、在庫の上下限、操業条件等の、原料配合計画を立案する上で必要となる複数の制約条件を取り込む。
(Restriction condition import step S2)
In the constraint condition incorporation step S2, a plurality of constraint conditions necessary for formulating a raw material blending plan, such as properties required after blending the raw materials, upper and lower limits of inventory, and operating conditions, are captured via the input unit 10.

(緩和問題求解ステップS3)
緩和問題求解ステップS3では、入力データ取り込みステップS1で取り込んだ入力データと、制約条件取り込みステップS2で取り込んだ制約条件とをもとに、非線形変数を含む混合整数計画問題を緩和した問題を定式化し、求解する。なお、緩和問題求解ステップS3の詳細については後記する。
(Mitigation problem solving step S3)
In the relaxation problem solving step S3, a problem in which the mixed integer programming problem including non-linear variables is relaxed is formulated based on the input data captured in the input data acquisition step S1 and the constraint conditions captured in the constraint condition acquisition step S2. , To solve. The details of the mitigation problem solving step S3 will be described later.

(真の計画問題求解ステップS4)
真の計画問題求解ステップS4では、緩和問題求解ステップS3で緩和問題を解いて得られた結果をもとに、元の非線形変数を含む混合整数計画問題を定式化し、求解する。すなわち、真の計画問題求解ステップS4では、緩和問題求解ステップS3で得られたベクトル変数値に基づいて、非線形制約を線形化した混合整数計画問題の解を導出し、最終解を決定する。なお、真の計画問題求解ステップS4の詳細については後記する。
(True plan problem solving step S4)
In the true programming problem solving step S4, a mixed integer programming problem including the original nonlinear variable is formulated and solved based on the result obtained by solving the relaxation problem in the relaxation problem solving step S3. That is, in the true programming problem solving step S4, the solution of the mixed integer programming problem in which the nonlinear constraint is linearized is derived based on the vector variable value obtained in the relaxation problem solving step S3, and the final solution is determined. The details of the true planning problem solving step S4 will be described later.

(結果出力ステップS5)
結果出力ステップS5では、出力部20を介して、真の計画問題求解ステップS4で得られた結果を出力する。
(Result output step S5)
In the result output step S5, the result obtained in the true planning problem solving step S4 is output via the output unit 20.

<緩和問題求解ステップS3の詳細>
緩和問題求解ステップS3は、具体的には図5に示すように、ベクトル化ステップS31と、ベクトル変数の組み合わせ作成ステップS32と、緩和制約条件作成ステップS33と、第一の緩和問題作成ステップS34と、第一の緩和問題最適化ステップS35と、ベクトル変数更新ステップS36と、第一の緩和問題繰り返しステップS37とを実施し、真の最適化問題に対応するベクトル変数を定め、その後、第二の緩和問題のベクトル変数設定ステップS38を実施する。そして引き続き、第二の緩和問題作成ステップS39と、第二の緩和問題最適化ステップS40と、ベクトル変数更新ステップS41と、第二の緩和問題繰り返しステップS42と、緩和解出力ステップS43と、をこの順番で行う。
<Details of mitigation problem solving step S3>
Specifically, as shown in FIG. 5, the relaxation problem solving step S3 includes a vectorization step S31, a vector variable combination creation step S32, a relaxation constraint condition creation step S33, and a first relaxation problem creation step S34. , The first mitigation problem optimization step S35, the vector variable update step S36, and the first mitigation problem repetition step S37 are performed to determine the vector variables corresponding to the true optimization problem, and then the second The vector variable setting step S38 of the mitigation problem is carried out. Then, subsequently, the second mitigation problem creation step S39, the second mitigation problem optimization step S40, the vector variable update step S41, the second mitigation problem repetition step S42, and the mitigation solution output step S43 are performed. Do it in order.

(ベクトル化ステップS31)
ベクトル化ステップS31では、一つ以上の非線形制約に含まれる非線形項、または非線形項に含まれる一部の変数(要素)を異なる変数に置き換え、置き換えた変数をベクトル化する。ベクトル化ステップS31では、具体的には、入力データ取り込みステップで取り込んだ非線形変数(上記式(7)参照)を、一次元以上のベクトル変数(上記式(14)の「ベクトル変数g 」参照)として定義し、ベクトル化する。
(Vectorization step S31)
In the vectorization step S31, the nonlinear term included in one or more nonlinear constraints or some variables (elements) included in the nonlinear term are replaced with different variables, and the replaced variables are vectorized. In vectorization step S31, specifically, a nonlinear variable (the above formula (7) see) captured by the input data acquisition steps, "vector variable g j k" one or more dimensions of a vector variable (the formula (14) (See) and vectorize.

(ベクトル変数の組み合わせ作成ステップS32)
ベクトル変数の組み合わせ作成ステップS32では、ベクトル化ステップS31でベクトル化された非線形項に対応する変数(上記式(14)の「ベクトル変数g 」参照)を、予め定められた組み合わせ数だけ作成する。
(Step S32 for creating a combination of vector variables)
In combination creating step S32 in vector variable, created in the vectorization step S31 the vectorized nonlinear terms in the corresponding variable (see "vector variable g j k" in the formula (14)), only the number of combinations of predetermined To do.

(緩和制約条件作成ステップS33)
緩和制約条件作成ステップS33では、整数制約を連続変数制約に変換する。緩和制約条件作成ステップS33では、制約条件取り込みステップS2で取り込んだ制約条件と、ベクトル変数の組み合わせ作成ステップS32で作成された複数のベクトル変数とが満たすべき制約条件について、オリジナルの制約条件(上記式(3)〜(9)参照)を緩和した形で定義した制約条件一式を、前記ベクトル変数の組み合わせ数だけ作成する。緩和制約条件作成ステップS33では、整数制約を連続変数制約に変換し、ベクトル変数を用いて非線形制約を線形化し、ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する。
(Relaxation constraint condition creation step S33)
In the relaxation constraint condition creation step S33, the integer constraint is converted into a continuous variable constraint. In the relaxation constraint condition creation step S33, the original constraint condition (the above equation) is about the constraint condition to be satisfied by the constraint condition fetched in the constraint condition import step S2 and the plurality of vector variables created in the vector variable combination creation step S32. A set of constraint conditions defined in a relaxed form (see (3) to (9)) is created for the number of combinations of the vector variables. In the relaxation constraint condition creation step S33, the relaxation constraint condition is created by converting the integer constraint into a continuous variable constraint, linearizing the non-linear constraint using the vector variable, and adding the constraint condition related to the vector variable.

緩和制約条件作成ステップS33では、具体的には、オリジナルの制約条件(上記式(3)〜(9)参照)に含まれる0−1変数(上記式(8)参照)を、0〜1の連続変数に近似することにより、線形計画問題(線形制約問題)に変更する。そして、図6に示すように、元問題の下界となる近似線形計画問題の群を解き、下界の最適解の近傍を探索する。これにより、元問題を効率良く解くことができる。なお、線形計画問題に変更することにより、前記した図1と同様に解領域が多角形となる。そのため、多角形の頂点のみを探索すればよく、高速計算が可能となる。 In the relaxation constraint condition creation step S33, specifically, the 0-1 variables (see the above equation (8)) included in the original constraint conditions (see the above equations (3) to (9)) are set to 0 to 1. By approximating a continuous variable, it is changed to a linear planning problem (linear constraint problem). Then, as shown in FIG. 6, the group of approximate linear programming problems that are the lower bound of the original problem is solved, and the neighborhood of the optimum solution of the lower bound is searched. As a result, the original problem can be solved efficiently. By changing to a linear programming problem, the solution region becomes a polygon as in FIG. 1 described above. Therefore, it is only necessary to search for the vertices of the polygon, and high-speed calculation becomes possible.

(第一の緩和問題作成ステップS34)
第一の緩和問題作成ステップS34では、緩和制約条件作成ステップS33で作成された緩和制約条件と、オリジナルの制約条件(上記式(3)〜(9)参照)を満たすほど評価関数値が改善するような線形変数で定義された評価関数により構成された緩和問題一式(上記式(10)〜(19)参照)を、ベクトル変数の組み合わせ数だけ作成する。
(First mitigation problem creation step S34)
In the first relaxation problem creation step S34, the evaluation function value improves as the relaxation constraint condition created in the relaxation constraint condition creation step S33 and the original constraint condition (see the above equations (3) to (9)) are satisfied. A set of mitigation problems (see equations (10) to (19) above) composed of evaluation functions defined by such linear variables is created for the number of combinations of vector variables.

第一の緩和問題作成ステップS34では、具体的には、線形制約および緩和制約条件を含み、かつ非線形項に含まれた要素であって、ベクトル変数の要素に置き換えられた要素が、非線形項に含まれた要素に対応するベクトル変数の要素との値の差をペナルティ項とし、ペナルティ項の和を評価関数とする線形計画問題を構成する。 In the first relaxation problem creation step S34, specifically, the elements including the linear constraint and the relaxation constraint condition and included in the nonlinear term, which are replaced with the elements of the vector variable, become the nonlinear term. A linear programming problem is constructed in which the difference between the values of the vector variables corresponding to the included elements and the elements of the vector variable is used as the penalty term, and the sum of the penalty terms is used as the evaluation function.

(第一の緩和問題最適化ステップS35)
第一の緩和問題最適化ステップS35では、第一の緩和問題作成ステップS34で作成された緩和問題一式を求解する。
(First mitigation problem optimization step S35)
In the first mitigation problem optimization step S35, a set of mitigation problems created in the first mitigation problem creation step S34 is solved.

(ベクトル変数更新ステップS36)
ベクトル変数更新ステップS36では、第一の緩和問題最適化ステップS35で得られた緩和解一式に対して、ベクトル変数の成分を更新する。ベクトル変数更新ステップS36では、具体的には、第一の緩和問題最適化ステップS35で得られた緩和解と評価値(ここでは式(10))とをもとに、予め定められたアルゴリズムに従って、ベクトル変数の座標(位置ベクトル)を更新する。このベクトル変数の座標を更新する際のアルゴリズムには、例えば粒子群最適化法を用いる。
(Vector variable update step S36)
In the vector variable update step S36, the components of the vector variable are updated with respect to the relaxation solution set obtained in the first relaxation problem optimization step S35. Specifically, in the vector variable update step S36, according to a predetermined algorithm based on the relaxation solution and the evaluation value (here, equation (10)) obtained in the first relaxation problem optimization step S35. , Update the coordinates (position vector) of the vector variable. For example, a particle swarm optimization method is used as an algorithm for updating the coordinates of this vector variable.

粒子群最適化法では、図7に示すように、各探索ユニットについて、座標および評価値の情報を共有しながら、現状ベスト(パーソナルベスト、グローバルベスト)の座標方向へと座標を確率的に更新する。これにより、探索ユニットのより良い座標を探索する。なお、同図における探索ユニットは、本実施形態における「ベクトル変数」に相当する。 In the particle swarm optimization method, as shown in FIG. 7, the coordinates are stochastically updated in the current best (personal best, global best) coordinate direction while sharing the coordinate and evaluation value information for each search unit. To do. This searches for better coordinates of the search unit. The search unit in the figure corresponds to the "vector variable" in the present embodiment.

このように、第一の緩和問題最適化ステップS35およびベクトル変数更新ステップS36では、ベクトル変数の値を複数設定し、複数の線形計画問題群を構築し、複数の線形計画問題群の解を求めつつ、ペナルティ項の和の評価関数が0に漸近するようにベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索する。 As described above, in the first mitigation problem optimization step S35 and the vector variable update step S36, a plurality of vector variable values are set, a plurality of linear programming problem groups are constructed, and solutions of the plurality of linear programming problem groups are obtained. At the same time, the vector variable is searched by the heuristic solution so that the evaluation function of the sum of the penalty terms approaches 0.

(第一の緩和問題繰り返しステップS37)
第一の緩和問題繰り返しステップS37では、ベクトル変数更新ステップS36で更新されたベクトル変数の組み合わせについて、第一の緩和問題最適化ステップS35およびベクトル変数更新ステップS36を繰り返す。第一の緩和問題繰り返しステップS37では、具体的には、予め定められた終了条件(ペナルティ変数pの総和が0または極小の所定値以下)を満たさない場合は第一の緩和問題最適化ステップS35に戻り、終了条件を満たす場合は繰り返し処理を終了し、第二の緩和問題のベクトル変数設定ステップS38に進む。
(First mitigation problem repetition step S37)
In the first mitigation problem repetition step S37, the first mitigation problem optimization step S35 and the vector variable update step S36 are repeated for the combination of the vector variables updated in the vector variable update step S36. At step S37 repeat first relaxation problem, specifically, the first relaxation problem optimization step is not satisfied a predetermined end condition (less than the predetermined value sum is zero or a minimum of penalty variable p j) Returning to S35, if the end condition is satisfied, the iterative process is ended, and the process proceeds to the vector variable setting step S38 of the second mitigation problem.

(ベクトル変数設定ステップS38)
ベクトル変数設定ステップS38では、第一の緩和問題の最適解として得られたベクトル変数(上記式(26)の「ベクトル変数g 」参照)を予め定めた個数だけ取得し、設定する。
(Vector variable setting step S38)
In vector variable setting step S38, the acquired by the number of predetermined (the "vector variable g j k" reference in the formula (26)) resulting vector variable as the optimal solution of the first relaxation problem, set.

(第二の緩和問題作成ステップS39)
第二の緩和問題作成ステップS39では、前記したように、第一の緩和問題作成ステップS34で作成された緩和問題の解(以下、「緩和解」という)が最適解となった時点におけるベクトル変数g を利用する。このベクトル変数を用いて、第一の緩和問題作成ステップS34で緩和する前のオリジナルの制約条件(上記式(3)〜(9)参照)と、予め定められた真の評価関数に置き換えた緩和問題一式(上記式(22)〜(30)参照)とを、前記ベクトル変数の組み合わせ数だけ作成する。
(Second mitigation problem creation step S39)
In the second mitigation problem creation step S39, as described above, the vector variable at the time when the solution of the mitigation problem created in the first mitigation problem creation step S34 (hereinafter referred to as “mitigation solution”) becomes the optimum solution. to use the g j k. Using this vector variable, the relaxation is replaced with the original constraint condition (see the above equations (3) to (9)) before relaxation in the first relaxation problem creation step S34 and the predetermined true evaluation function. A set of problems (see the above equations (22) to (30)) is created for the number of combinations of the vector variables.

(第二の緩和問題最適化ステップS40)
第二の緩和問題最適化ステップS40では、第二の緩和問題作成ステップS39で作成された緩和問題一式を求解する。
(Second mitigation problem optimization step S40)
In the second mitigation problem optimization step S40, a set of mitigation problems created in the second mitigation problem creation step S39 is solved.

(ベクトル変数更新ステップS41)
ベクトル変数更新ステップS41では、第二の緩和問題最適化ステップS40で得られた緩和解一式に対して、ベクトル変数の成分を更新する。ベクトル変数更新ステップS41では、具体的には、第二の緩和問題最適化ステップS40で得られた緩和解と評価値とをもとに、予め定められたアルゴリズムに従って、ベクトル変数の座標(位置ベクトル)を更新する。このベクトル変数の座標を更新する際のアルゴリズムには、例えば粒子群最適化法を用いる。この粒子群最適化法は、前記した通りである。
(Vector variable update step S41)
In the vector variable update step S41, the components of the vector variable are updated with respect to the relaxation solution set obtained in the second relaxation problem optimization step S40. Specifically, in the vector variable update step S41, the coordinates (position vector) of the vector variable are obtained according to a predetermined algorithm based on the relaxation solution and the evaluation value obtained in the second relaxation problem optimization step S40. ) Is updated. For example, a particle swarm optimization method is used as an algorithm for updating the coordinates of this vector variable. This particle swarm optimization method is as described above.

このように、第二の緩和問題最適化ステップS40およびベクトル変数更新ステップS41では、複数の線形計画問題群に対して、複数の線形計画問題群の解を求めつつ、操業指標を評価基準として、ベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索し、一つのベクトル変数値を決定する。 As described above, in the second mitigation problem optimization step S40 and the vector variable update step S41, while obtaining the solutions of the plurality of linear programming problem groups for the plurality of linear programming problem groups, the operation index is used as the evaluation standard. A vector variable is searched by a heuristic solution to determine one vector variable value.

(第二の緩和問題繰り返しステップS42)
第二の緩和問題繰り返しステップS42では、ベクトル変数更新ステップS41で更新されたベクトル変数の組み合わせについて、第二の緩和問題最適化ステップS40およびベクトル変数更新ステップS41を繰り返す。第二の緩和問題繰り返しステップS42では、具体的には、予め定められた終了条件(繰り返し回数)を満たさない場合は第二の緩和問題最適化ステップS40に戻り、終了条件を満たす場合は繰り返し処理を終了し、緩和解出力ステップS43に進む。
(Second mitigation problem repetition step S42)
In the second mitigation problem repetition step S42, the second mitigation problem optimization step S40 and the vector variable update step S41 are repeated for the combination of the vector variables updated in the vector variable update step S41. In the second mitigation problem repetition step S42, specifically, if the predetermined end condition (number of repetitions) is not satisfied, the process returns to the second mitigation problem optimization step S40, and if the end condition is satisfied, the process is repeated. Is completed, and the process proceeds to the relaxation solution output step S43.

(緩和解出力ステップS43)
緩和解出力ステップS43では、ベクトル変数の位置ベクトルと、緩和解および評価値とを結びつけた形で緩和解一式を出力し、真の計画問題求解ステップS4へと進む。
(Relaxation output step S43)
In the relaxation solution output step S43, the relaxation solution set is output in the form of associating the position vector of the vector variable with the relaxation solution and the evaluation value, and the process proceeds to the true planning problem solving step S4.

<真の計画問題求解ステップS4の詳細>
真の計画問題求解ステップS4は、具体的には図8に示すように、ベクトル変数設定ステップS51と、真の計画問題作成ステップS52と、真の計画問題最適化ステップS53と、をこの順番で行う。
<Details of True Planning Problem Solving Step S4>
In the true planning problem solving step S4, specifically, as shown in FIG. 8, the vector variable setting step S51, the true planning problem creation step S52, and the true planning problem optimization step S53 are performed in this order. Do.

(ベクトル変数設定ステップS51)
ベクトル変数設定ステップS51では、緩和解出力ステップS43で出力された緩和解のグローバルベストGのベクトル変数を取得し、真の計画問題作成ステップS52に進む。
(Vector variable setting step S51)
In vector variable setting step S51, it acquires a vector variable of global best G m mitigation solution output in relaxed solution output step S43, the process proceeds to create step S52 real programming problem.

(真の計画問題作成ステップS52)
真の計画問題作成ステップS52では、ベクトル変数設定ステップS51で取得されたベクトル変数に対して、オリジナルの制約条件(上記式(3)〜(9))と、予め定められた評価関数とで構成される真の計画問題(上記式(31)〜(38)参照)を作成する。真の計画問題作成ステップS52では、具体的には、入力データ取り込みステップS1および制約条件取り込みステップS2で取り込まれた入力データおよび制約条件と、ベクトル変数設定ステップS51で作成した非線形変数とを含む制約条件を線形式に置き換えた制約条件を定める。そして、予め定められた評価関数によって定義された真の計画問題を定式化する。
(True plan problem creation step S52)
In the true planning problem creation step S52, the vector variables acquired in the vector variable setting step S51 are composed of the original constraint conditions (the above equations (3) to (9)) and a predetermined evaluation function. Create a true planning problem (see equations (31)-(38) above). In the true planning problem creation step S52, specifically, the constraint including the input data and the constraint condition acquired in the input data acquisition step S1 and the constraint condition acquisition step S2 and the non-linear variable created in the vector variable setting step S51. Establish constraints by replacing the conditions with linear form. Then, a true planning problem defined by a predetermined evaluation function is formulated.

(真の計画問題最適化ステップS53)
真の計画問題最適化ステップS53では、真の計画問題作成ステップS52で作成された真の計画問題(数理モデル)を解き、結果出力ステップS5に進む。
(True planning problem optimization step S53)
In the true planning problem optimization step S53, the true planning problem (mathematical model) created in the true planning problem creation step S52 is solved, and the process proceeds to the result output step S5.

以上説明したような本実施形態に係る原料配合計画作成方法によれば、非線形変数を含む混合整数計画問題として定式化された原料配合計画問題を高速に解くことができる。すなわち、配合に使用する原料の銘柄数の上限と、原料の配合後の性状とに関する制約を含む原料配合計画問題を高速に解くことができる。 According to the raw material blending plan creation method according to the present embodiment as described above, the raw material blending planning problem formulated as a mixed integer programming problem including nonlinear variables can be solved at high speed. That is, it is possible to solve the raw material blending planning problem including restrictions on the upper limit of the number of brands of raw materials used for blending and the properties of the raw materials after blending at high speed.

本実施形態に係る原料配合計画作成方法の実施例について、図9を参照しながら説明する。同図は、本実施形態に係る原料配合計画作成方法によって原料配合計画を立案した際の評価値の推移を示すグラフである。本実施例では、50種類以上の原料炭をブレンドする石炭配合計画を3ヶ月分立案した。 An example of the method for creating a raw material compounding plan according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a graph showing the transition of the evaluation value when the raw material compounding plan is made by the method for creating the raw material compounding plan according to the present embodiment. In this example, a coal blending plan for blending 50 or more types of coking coal was formulated for 3 months.

本実施例では、非線形制約として、二次以上の関数として定義されたコークス強度推定式を用いた。また、本実施例では、第二の緩和問題繰り返しステップS42における終了条件は10ループとし、ベクトル変数設定ステップS51では、グローバルベストGのベクトル変数を取得し、真の計画問題最適化ステップS53では、市販のパーソナルコンピュータにて、計算時間を60秒で終了とした。また、本発明に係る手法は、ベクトル変数の初期値に影響を受けるため、数値実験を10回実施した。 In this example, the coke intensity estimation formula defined as a function of quadratic or higher is used as the nonlinear constraint. Further, in this embodiment, the termination condition in the repeating step S42 the second relaxation problem was 10 loops, the vector variable setting step S51, it acquires a vector variable of global best G m, Optimization step S53 real programming problem , The calculation time was set to 60 seconds with a commercially available personal computer. Moreover, since the method according to the present invention is affected by the initial value of the vector variable, numerical experiments were carried out 10 times.

図9に示すように、本発明に係る手法を用いることにより、高速に計算が収束することがわかる。すなわち、約15分(900秒)の計算で十分に収束している。なお、本発明に係る手法では、性質上評価関数が切り替わるため、同図では、第一の緩和問題求解中のプロットは消去している。 As shown in FIG. 9, it can be seen that the calculation converges at high speed by using the method according to the present invention. That is, the calculation of about 15 minutes (900 seconds) is sufficient. In the method according to the present invention, the evaluation function is switched by nature, so that the plot during the solution of the first mitigation problem is deleted in the figure.

表1,2は、本実施例で解として出力された原料配合計画の一部を示している。同表に示すように、設定した制約条件を全て満たした実行可能解が得られていることがわかる。 Tables 1 and 2 show a part of the raw material compounding plan output as a solution in this embodiment. As shown in the table, it can be seen that a feasible solution that satisfies all the set constraints is obtained.

以上、本発明に係る原料配合計画作成方法、コークス製造方法、混合整数計画問題の求解方法および原料配合計画作成装置について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 The method for creating a raw material compounding plan, the method for producing coke, the method for solving a mixed integer planning problem, and the device for creating a raw material compounding plan according to the present invention have been specifically described above with reference to embodiments and examples for carrying out the invention. The purpose of the invention is not limited to these descriptions, and must be broadly interpreted based on the description of the scope of claims. Needless to say, various changes, modifications, etc. based on these descriptions are also included in the gist of the present invention.

例えば、本発明では、非線形項として変数の二乗項を対象として線形化を行うように変数の置き換えを実施した例を示したが、これに限られない。非線形な項を別の変数に置き換えることにより、非線形制約を見かけ上線形にできればよい。 For example, in the present invention, an example in which the variable is replaced so as to perform linearization for the squared term of the variable as a non-linear term is shown, but the present invention is not limited to this. By replacing the non-linear term with another variable, the non-linear constraint should be apparently linear.

また、前記した原料配合計画作成装置は、一つのコンピュータによって構成してもよく、あるいは複数のコンピュータによって構成し、各コンピュータ間で情報の授受をさせるように構成してもよい。また、前記した原料配合計画作成方法は、コンピュータに実装したコンピュータプログラムにより実行することができる。このコンピュータプログラムは、CD、磁気テープ等の記録媒体に記録し、読み取り可能としてもよい。 Further, the raw material blending plan creating device may be configured by one computer, or may be configured by a plurality of computers so that information can be exchanged between the computers. Further, the above-mentioned method for creating a raw material compounding plan can be executed by a computer program mounted on a computer. This computer program may be recorded on a recording medium such as a CD or a magnetic tape and made readable.

1 原料配合計画作成装置
10 入力部
20 出力部
30 演算部
31 求解部
1 Raw material compounding plan creation device 10 Input unit 20 Output unit 30 Calculation unit 31 Solution unit

Claims (9)

生産量制約および複数の原料の銘柄ごとの在庫制約を含む線形制約と、前記原料の配合後の性状制約を含む非線形式で与えられる非線形制約と、配合に使用する前記原料の銘柄数の上限を含む整数制約と、を含む制約条件を設定し、前記原料の配合に係る操業指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、前記原料の各銘柄の配合量を決定する原料配合計画作成方法であって、
前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化ステップと、
前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成ステップと、
前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化ステップと、
前記第一の最適化ステップで探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記操業指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化ステップと、
前記第二の最適化ステップで決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定ステップと、
を含む原料配合計画作成方法。
The linear constraint including the production amount constraint and the inventory constraint for each brand of a plurality of raw materials, the non-linear constraint given by the non-linear formula including the property constraint after blending of the raw materials, and the upper limit of the number of brands of the raw materials used for blending. A raw material that includes an integer constraint and a constraint condition that includes, gives an operation index related to the blending of the raw material as an evaluation standard, and determines the blending amount of each brand of the raw material based on the constraint condition and the evaluation standard. It is a method of creating a formulation plan,
For the nonlinear constraint, a vectorization step in which one or more elements included in the nonlinear term are replaced with different variables to vectorize them into vector variables, and
A relaxation constraint condition creation step for creating a relaxation constraint condition by converting the integer constraint into a continuous variable constraint, linearizing the nonlinear constraint using the vector variable, and adding a constraint condition for the vector variable.
The value of the vector variable to be set is set by a predetermined number, and the vector variable is set so that the optimization problem including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the operation index as an evaluation criterion has a solution. The first optimization step to search for the value of
For all vector variables or some vector variables searched in the first optimization step, a plurality of linear programming problem groups including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the operation index as an evaluation criterion. The second optimization step of searching for the value of the vector variable, which constitutes the above and improves the evaluation criteria of the operation index,
A final solution determination step for obtaining a final solution by a mixed integer programming problem, which is constructed based on one vector variable value determined in the second optimization step.
How to make a raw material formulation plan including.
前記第一の最適化ステップは、
前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ非線形項に含まれた要素であって、ベクトル変数の要素に置き換えられた要素が、前記非線形項に含まれた要素に対応するベクトル変数の要素との値の差をペナルティ項とし、前記ペナルティ項の和を評価関数とする線形計画問題を構成するステップと、
前記ベクトル変数の値を複数設定し、複数の線形計画問題群を構築し、前記複数の線形計画問題群の解を求めつつ、前記ペナルティ項の和の評価関数が0に漸近するように前記ベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索するステップと、
を有する請求項1に記載の原料配合計画作成方法。
The first optimization step is
An element that includes the linear constraint and the relaxation constraint and is included in the nonlinear term and is replaced by the element of the vector variable is an element of the vector variable corresponding to the element included in the nonlinear term. A step of constructing a linear programming problem in which the difference between the values of is a penalty term and the sum of the penalty terms is an evaluation function, and
The vector is set so that a plurality of values of the vector variables are set, a plurality of linear programming problem groups are constructed, a solution of the plurality of linear programming problem groups is obtained, and the evaluation function of the sum of the penalty terms approaches 0. Steps to search for variables by heuristic solution and
The method for creating a raw material compounding plan according to claim 1.
前記第二の最適化ステップは、前記第二の最適化ステップで構成された複数の線形計画問題群に対して、前記複数の線形計画問題群の解を求めつつ、前記操業指標を評価基準として、前記ベクトル変数をヒューリスティック解法によって探索し、一つのベクトル変数値を決定するステップを有する請求項1または請求項2に記載の原料配合計画作成方法。 In the second optimization step, the solution of the plurality of linear programming problem groups is obtained for the plurality of linear programming problem groups composed of the second optimization step, and the operation index is used as an evaluation standard. The method for creating a raw material compounding plan according to claim 1 or 2, further comprising a step of searching the vector variable by a heuristic solution method and determining one vector variable value. 前記最終解決定ステップは、前記第二の最適化ステップで得られたベクトル変数値に基づいて、前記非線形制約を線形化した混合整数計画問題の解を導出し、最終解を決定する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の原料配合計画作成方法。 The final solution determination step derives the solution of the mixed integer programming problem in which the nonlinear constraint is linearized based on the vector variable value obtained in the second optimization step, and determines the final solution. The method for creating a raw material compounding plan according to any one of claims 3. 前記ヒューリスティック解法には、粒子群最適化法または遺伝的アルゴリズムが含まれる請求項2または請求項3に記載の原料配合計画作成方法。 The method for creating a raw material compounding plan according to claim 2 or 3, wherein the heuristic solution method includes a particle swarm optimization method or a genetic algorithm. 前記原料は、石炭であり、
前記非線形制約は、コークス強度推定式を含む、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の原料配合計画作成方法。
The raw material is coal
The nonlinear constraint includes a coke intensity estimation equation.
The method for creating a raw material compounding plan according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の原料配合計画作成方法によって作成された原料配合計画に基づいてコークスを製造するコークス製造方法。 A coke manufacturing method for producing coke based on a raw material blending plan created by the raw material blending plan creating method according to any one of claims 1 to 6. 線形式で与えられる線形制約と、非線形式で与えられる非線形制約と、整数制約と、を含む制約条件を設定し、所定の指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、混合整数計画問題を解く混合整数計画問題の求解方法であって、
前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化ステップと、
前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成ステップと、
前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記所定の指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化ステップと、
前記第一の最適化ステップで探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記所定の指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記所定の指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化ステップと、
前記第二の最適化ステップで決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定ステップと、
を含む混合整数計画問題の求解方法。
A constraint condition including a linear constraint given in a linear form, a non-linear constraint given by a non-linear expression, and an integer constraint is set, a predetermined index is given as an evaluation criterion, and based on the constraint condition and the evaluation criterion, Solving mixed integer programming problems This is a method for solving mixed integer programming problems.
For the nonlinear constraint, a vectorization step in which one or more elements included in the nonlinear term are replaced with different variables to vectorize them into vector variables, and
A relaxation constraint condition creation step for creating a relaxation constraint condition by converting the integer constraint into a continuous variable constraint, linearizing the nonlinear constraint using the vector variable, and adding a constraint condition for the vector variable.
The value of the vector variable to be set is set by a predetermined number in advance so that the optimization problem including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the predetermined index as the evaluation criterion has a solution, and the vector The first optimization step to search for the value of a variable,
For all vector variables or some vector variables searched in the first optimization step, a plurality of linear programming problems including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the predetermined index as an evaluation criterion. A second optimization step of forming a group and searching for the value of the vector variable whose evaluation criteria of the predetermined index are improved, and
A final solution determination step for obtaining a final solution by a mixed integer programming problem, which is constructed based on one vector variable value determined in the second optimization step.
How to solve mixed integer programming problems including.
生産量制約および複数の原料の銘柄ごとの在庫制約を含む線形制約と、前記原料の配合後の性状制約を含む非線形式で与えられる非線形制約と、配合に使用する前記原料の銘柄数の上限を含む整数制約と、を含む制約条件を設定し、前記原料の配合に係る操業指標を評価基準として与え、前記制約条件および前記評価基準に基づいて、前記原料の各銘柄の配合量を決定する原料配合計画作成装置であって、
前記非線形制約に対して、非線形項に含まれる一つ以上の要素を異なる変数に置き換えてベクトル化し、ベクトル変数とするベクトル化手段と、
前記整数制約を連続変数制約に変換し、前記ベクトル変数を用いて前記非線形制約を線形化し、前記ベクトル変数に関する制約条件を追加することにより、緩和制約条件を作成する緩和制約条件作成手段と、
前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした最適化問題が解を持つように、設定するベクトル変数の値を予め定めた所定の数だけ設定し、前記ベクトル変数の値を探索する第一の最適化手段と、
前記第一の最適化手段で探索した全てのベクトル変数または一部のベクトル変数に対して、前記線形制約および前記緩和制約条件を含み、かつ前記操業指標を評価基準とした複数の線形計画問題群を構成し、前記操業指標の評価基準が改善されていく前記ベクトル変数の値を探索する第二の最適化手段と、
前記第二の最適化手段で決定された一つのベクトル変数値に基づいて構成された、混合整数計画問題によって最終解を得る最終解決定手段と、
を備える原料配合計画作成装置。
The linear constraint including the production amount constraint and the inventory constraint for each brand of a plurality of raw materials, the non-linear constraint given by the non-linear equation including the property constraint after blending of the raw materials, and the upper limit of the number of brands of the raw materials used for blending. A raw material that includes an integer constraint and a constraint condition that includes, gives an operation index related to the blending of the raw material as an evaluation standard, and determines the blending amount of each brand of the raw material based on the constraint condition and the evaluation standard. It is a compounding plan making device,
With respect to the non-linear constraint, a vectorizing means that replaces one or more elements included in the non-linear term with different variables and vectorizes them into vector variables.
A relaxation constraint condition creation means for creating a relaxation constraint condition by converting the integer constraint into a continuous variable constraint, linearizing the non-linear constraint using the vector variable, and adding a constraint condition related to the vector variable.
The value of the vector variable to be set is set by a predetermined number, and the vector variable is set so that the optimization problem including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the operation index as an evaluation criterion has a solution. The first optimization method to search for the value of
For all vector variables or some vector variables searched by the first optimization means, a plurality of linear programming problem groups including the linear constraint and the relaxation constraint condition and using the operation index as an evaluation criterion. A second optimization means for searching for the value of the vector variable, which constitutes the above and improves the evaluation criteria of the operation index.
A final solution determining means for obtaining a final solution by a mixed integer programming problem, which is constructed based on one vector variable value determined by the second optimization means.
A raw material compounding plan making device equipped with.
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