JP2675889B2 - 積載計画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ロボット等を使用して貨物を積付ける際
に積載計画を行なう積載計画装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の積載計画装置は、パレットなどの積付け容器
に、複数個の同一寸法の貨物のみを積付けするシステム
がほとんどであった。しかし、近年のような多品種少量
輸送時代においては、１つの積付け容器に形態、寸法、
重量等の異なる複数の貨物を積み付けるシステムが要求
されている。このようなシステムにおいては、１つの積
付け容器にできるだけ多くの貨物を安定した姿勢で積載
する必要がある。

貨物を積付け容器に充填効率良く積付ける問題は、基
本的には組合せ問題であるので、積付ける貨物各々につ
いて積付け容器上での可能な積載配置位置の全てを求め
そのうち最も充填効率が良い、すなわち積載高さが最も
低い配置位置の組合せを解として採用すればよい。しか
し、この方法は貨物数や積付け容器の面積の増大に伴い
計算量が増えすぎるため、実用的ではない。そこで実際
には、全ての組合せを求めるのではなく、ある程度最適
解に近い解が得られるあことが経験的にわかっている規
則を適用し組合せの一部を試し、この中で最も良いもの
を解とする方法が取られている。経験的にわかっている
規則とは、例えば高さの高い貨物や低面積の広い貨物は
先に積んだ方が良いとか、上面に凹凸を生じる貨物配置
よりは上面が平らになるような貨物配置の方がよい、と
いうようなものである。貨物の積付け位置を順次決定す
る各過程において、このような規則を積付けを終わって
いない貨物に対して適用して最も良い積み方を１つ決定
する。このようなサイクルをすべての貨物を積付けるま
で繰り返すことによって積付けの計画が１つでき上る。
以下、図を用いてこの方法を用いた特開昭61−206730号
公報に示される従来例を説明する。

第６図は従来装置のブロック構成図であり、図中、
（７）は積付け配置決定部、（４）は製品仕様データベ
ース部、（５）は配置知識ベース部、（８）は配置決定
アルゴリズムベース部である。

また、第７図は上記従来装置に基づく積付け計画を説
明するもので、同図（ａ）は積付け計画のある段階にお
ける貨物配置の状態を表す図で、（21）がパレット、
（Ｐ），（Ｑ）がすでに積付けの終わった、すなわち積
付け位置の決定した貨物、（61）が積付け容器上の空き
平面であり、（62），（63）が積付けられた貨物の上部
の平面であって、この積付け段階では、これら３平面が
次に積付けを行うことのできる平面（以後積付け面と呼
ぶ）である。従来例は、この段階で積付けを終わってい
ない貨物と積付け面の状態に対して適用できる知識ベー
ス内の知識を探し、その知識に従った積み方による配置
を算出し、最も評価の高いものを採用するサイクルを貨
物がなくなるまで繰り返すものである。

さらに、第８図は貨物P,Q,R,Sの長さ、幅、高さ、積
付け個数を表し、第９図は従来例の積付け配置決定部
（７）による処理の流れを示すフローチャートである。

以下、第８図に記載した貨物の積付けを例に取って、
第９図に示すフローチャートのステップの順に積付け配
置決定部（７）の動作を説明する。

ステップS91（貨物配置の特徴抽出）：積付け配置決定
部（７）では、ある積付け段階での貨物配置の特徴を算
出する。貨物配置の特徴とは、まだ積付けを行っていな
い貨物（以後未積載貨物と呼ぶ）についての広さ、長
さ、高さ、貨物量、および積付け面についての広さ、長
さ、高さなどの値である。第７図（ａ）の配置状況で
は、未積載貨物R,Sについてと積付け面（61），（6
2），（63）についての特徴量を算出する。

ステップS92（代替案の作成）：ステップS91で算出した
特徴から判断して、次に積付ける貨物の候補とそれを積
付ける積付け面の候補の組合せの案をいくつか作成す
る。配置知識ベース部（５）には、諸特徴の値と積付け
方法を関連づける知識が記述されており、ステップS91
で算出した特徴をもとに、これに伴って上記の組合せ案
（以後代替案と呼ぶ）を求める。第７図（ａ）の場合、
貨物Ｒを積付け面（61）に矩形状に積む、貨物Ｓを積付
け面（61）に矩形状に積むとうい２つの代替案が作成さ
れる。

ステップS93（配置計算）：ステップS92で選定された代
替案毎に積付け容器上での３次元空間における個々の貨
物配置を求める。このときの配置決定は、配置決定アル
ゴリズムデータベース部（８）内に書かれたアルゴリズ
ムに従って、充填効率がよいと考えられる配置を複数算
出する。第７図（ｂ），（ｃ），（ｄ）の３つの配置が
計算されている。

ステップS94（配置結果の評価）：ステップS93で計算さ
れた配置の中から最も望ましい配置を１個選択し、貨物
配置の状態を更新する。

ステップS95（終了判定）：すべての貨物の配置が決定
すれば終了、そうでなければステップS91へ戻る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の積載計画装置は以上のように構成されているの
で、ある過程においては、最も良いと判断される積載配
置案を選んだとしても、最終的に最適な積載配置結果が
得られるという保証がないという問題がある。また、１
回の配置作成に１種類の貨物と１つの積付け面の組合せ
を検討するもので、複数種の貨物を同時に組み合わせる
並べ方については考えない。貨物を同時に組み合わせた
配置パターンを考慮することは、高充填効率を得られる
可能性があるが、当然のことながら組合せ数が極端に増
える。

この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、異なる形態の複数の貨物を積付け容器上
に高充填効率で積付ける積載計画装置を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による積載計画装置は、複数種の貨物を積付
け容器上に積み付ける積載計画装置において、貨物と積
付け容器の仕様をデータとして持つ製品仕様データベー
ス部と、貨物配置に関するノウハウをデータとして持つ
配置知識データベース部と、配置案についての評価アル
ゴリズムに関するデータベース部を持つ評価アルゴリズ
ムデータベース部と、積載計画段階において生成される
配置案を木構造の各ノードに評価の高い順に保存する配
置案履歴データベース部と、配置案生成の指示に基づい
てその指令段階で未積載貨物のグループと積付け面に対
して上記配置知識データベース部内の知識を適用して複
数種の貨物の組合せ候補を求め、それぞれの候補につい
て上記製品仕様データベース部のデータに基づいて複数
の混合配置パターンを算出し、上記組合せ候補に混合配
置パターンの情報を加えたものを配置案候補とし、複数
の配置案候補について配置効率を計算し、効率の高い複
数個の配置案候補を配置案として生成する配置案生成部
と、上記評価アルゴリズムデータベース部の評価アルゴ
リズムを用いて上記配置案生成部から出力される複数の
配置案を評価・選択し、上記配置案履歴データベース部
の内容を更新あるいは一部破棄する指令を出力すると共
に、上記配置案生成部に対し配置案生成の指令を出力す
る推論制御部とを備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明においては、前記の構成によって、積付け計
画生成の過程で、異なる形態を持つ貨物のうち複数の貨
物をグループにし、グループに含まれる複数の貨物の組
合せで得られる混合配置パターンを算出するとともに、
積付け計画生成の過程で、充填効率の低下が生じたとき
には、積付け計画の一部を廃棄し、別の配置案について
計画を行う。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図によって説明する。説
明の都合上、積付け容器としてパレットを用いて説明す
る。

第１図において、（１）は積付け計画を生成するため
の推論制御部、（２）は配置案生成部、（３）は配置案
履歴データベース部、（４）は製品仕様データベース
部、（５）は配置知識データベース部、（６）は評価ア
ルゴリズムデータベース部である。

第２図は積付け計画のある段階におけるパレットと貨
物の配置状況を示したもので、同図（ａ）が現段階での
配置状況、同時（ｂ），（ｃ），（ｄ）が同図（ａ）の
状況において次に配置すべきと考えられる３つの貨物配
置案を示したものである。さらに、第３図は配置案履歴
データベース部（３）のデータ構造を示したものであ
る。

上記構成に係る動作を説明する。初めに、積付け計画
生成の概要を述べる。積み付け計画は推論制御部（１）
の制御により行なわれる。まず、推論制御部（１）から
配置案生成部（２）に対して、配置案生成の指示が出さ
れる。配置案生成部（２）において、その段階で積付け
を終わっていない貨物のグループを積付け面に対して配
置知識データベース（５）内の知識を適用し、組合せを
候補を求め、それぞれの候補について混合配置パターン
を算出する。評価の高い位置があれば、それを配置案履
歴データベース部（３）に追加し、追加した配置案の中
で最もよい配置案を採用し、次の配置算出に進む。評価
の高い配置案がなければ、配置案履歴データベース部
（３）に保存されている別の配置案を採用し、次の配置
算出に進む。このサイクルを繰り返して、充填効率のよ
い積付け計画を探索するものである。

次に、第３図に示した配置案履歴データベース部
（３）の構造を説明する。この履歴データベースは木構
造になっている。木の各ノードが１つの配置案を示す。
１つの配置案には、配置する貨物の種類と配置パターン
の種類、配置位置、配置方向、配置効率などが記述され
ている。配置生成開始ポインタ（31）（以下ポインタ
（31）と呼ぶ）は、常に最新の配置案を指している。す
なわち、配置案生成部（２）において配置案を算出した
結果、評価の高い配置案があれば、これらを評価の高い
順に、ポインタ（31）で指された配置案の子ノードとし
て並列に追加し、先頭に追加された（すなわち最も評価
の高い）配置案を、ポインタ（31）で指示する。評価の
高い配置案がなければ、ポインタ（31）で指された配置
案を破棄し、破棄した配置案と並列に追加されたこの配
置案の次に評価の高い配置案をポインタ（31）で指示す
る。

さらに、貨物配置状況と呼ぶデータの構造について説
明する。１つの積付け計画は、複数の配置案からなり、
配置案履歴データベース部（３）から求めることができ
る。ポインタ（31）が指す配置案から木を縦方向にたど
り（親ノードを順次たどり）、ルートのノードに達する
までにたどった配置案に含まれる貨物の配置情報を総合
すると、その時までに配置したすべての貨物の配置情報
が求められる。この配置情報を貨物状況と呼ぶ。

第４図は貨物Ａ〜Ｅの長さ、幅、高さ、積付け個数を
表し、第５図は本装置の処理の流れを示すフローチャー
トである。以下、第４図に記載した貨物の積付けを例に
とって第５図に示すフローチャートのステップの順に動
作を説明する。

ステップS51（貨物配置データの作成）：配置案生成部
（２）は、推論制御部（１）から配置案生成部の指示を
受けると、まずその時点に於ける貨物配置状況のデータ
を作成する。次にこのデータから貨物配置の特徴すなわ
ち未積載貨物についての個数、広さ、長さ、高さ、容
積、および、積付け面についての広さ、長さ、高さ、隣
接貨物との高さ等を抽出する。第２図（ａ）の場合、貨
物Ａが積付けられている状態で、４種の未積載貨物B,C,
D,Eと２つの積付け面（21），（22）（斜線で示す）が
存在するので、これらに関する特徴量を算出する。

ステップS52（未積載貨物のグループ化）：未積載貨物
の中で、貨物の長さ、幅高さのうち１つ以上が同じもの
について類似貨物グループをつくる。類似貨物グループ
は充填効率のよい混合配置パターンが形成される可能性
のある貨物同志の組み合せである。もちろん１種類の貨
物が複数のグループに所属してよい。第２図（ａ）の場
合、貨物B,Cが１つのグループ、貨物C,Dが１つのグルー
プを形成する。

ステップS53（組合せ候補の抽出）：ステップS51で抽出
した特徴に対して配置知識データベース部（５）に記述
されるルールを適用し、貨物と積付け面との組合せを求
める。配置知識データベース部（５）には、特徴量を条
件部に、積付け方法を実行部に持つルールが記述されて
いる。

図の場合には、合致するルールの１つに以下のような
ものがある。

if （貨物b.積載終了フラグ＝未積載） ＆（貨物b.高さ＝高い）＆ （貨物b.総体積＞普通）＆ （積付け面p.高さ＝低い）＆ （積付け面p.広さ＝広い）＆ then make （組合せ候補A,貨物b,積付け面p,積付け方
法W_a） ルールが実行されると、このルールの条件を満足した
貨物、積付け面および積付け方法の３種類の値を組とし
たデータ（組合せ候補と呼ぶ）が作成される。第２図
（ａ）の場合、貨物B,積付け面（22）が、積付け方法W_a
とともに１つの組合せ候補として抽出される。

ステップS54（配置案候補の作成）：ステップS53で抽出
した組合せ候補の各々について、積付け容器上で３次元
的な配置位置を求める。ステップS52で作成した類似貨
物グループを調べ、グループに含まれる貨物の中に、組
合せ候補に記述されている貨物が存在するグループを抽
出し、抽出されたグループごとに、グループに含まれる
複数の貨物を組み合わせた複数の混合配置パターンを求
める。

混合配置パターンは、まず第１に、単一種の貨物につ
いて効率の良い３次元的な立体配置パターンを複数個求
める。ここで効率が良いとは、貨物と貨物の間の隙間が
少ないこと、最上段まで同じ個数の貨物が配置されてい
る、すなわち最上段に貨物余りが出ない配置パターンで
あること等である。第２に、各々の配置パターンを組み
合わせることによってできる配置パターンすなわち混合
配置パターンを、考えられる全ての組合せについて求め
る。こうしてできた複数の混合配置パターン１つ１つが
最終的な配置案の候補（以後、配置案候補と呼ぶ）にな
る。すなわち、組合せ候補に混合配置パターンの情報を
加えたものが配置案候補となる。

ステップS55（配置案の決定）：複数の配置案候補につ
いて配置効率を計算し、評価アルゴリズムデータベース
部６の評価アルゴリズムを用いて評価値の高い複数個の
配置案候補を配置案とする。配置効率は、例えば貨物を
配置することによって生じるパレット上のむだな空間の
少なさ、及び新たに生じる積付け面の面積等に、経験的
に重みをつけて加えたものを用いる。この例の場合、配
置案として第３図（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す貨物Ｂ
あるいはＣの配置が採用される。こうして生成された複
数の配置案を推論制御部（１）に引き渡す。

ステップS56（配置案履歴データベース更新）：推論制
御部（１）ではステップS55で選ばれた複数の配置案
を、配置履歴データベースに追加する。すなわち配置案
の木において、配置案生成開始ポインタ（31）が指す配
置案の先に、新たに追加する配置案の個数分だけ枝を増
やし、各配置案を評価値の高い順に追加する。ただし、
追加を行なう前に、追加する配置案各々について、以前
に作成した配置案と同じものでないかどうかを調べ、同
じでないときだけ追加する。

ステップS57（配置案生成開始ポインタの変更）：ステ
ップS56で追加した配置案の評価値のうち、最も良い評
価値が決められたしきい値より高い値であれば、この評
価値を持つ配置案を採用しポインタ（31）で指示する。
最良の評価値がしきい値より小さいときには計画を後戻
りする。すなわちポインタ（31）が指している配置案と
同じ親を持つ配置案のうちから評価値が次に良い配置案
を選択し、ポインタ（31）で指す。次の配置案が存在し
ないときは、さらに配置案の木をさかのぼり、同様の処
理を行なう。

ステップS58（終了判断）：未積載貨物が残っていなけ
れば計画生成処理を終了し、そうでない場合は、ステッ
プS51に戻る。計画生成処理を終了後、配置履歴データ
ベース部（５）において、ポインタ（31）の指す配置案
から貨物配置状況のデータを求めることにより、積付け
計画が求められる。

なお、上記実施例では、１つの積付け計画を求める場
合について説明したが、複数の積付け計画を求めること
も可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、貨物と積付け容器
の仕様をデータとして持つ製品仕様データベース部と、
貨物配置に関するノウハウをデータとして持つ配置知識
データベース部と、配置案についての評価アルゴリズム
に関するデータベースを持つ評価アルゴリズムデータベ
ース部と、積載計画段階において生成される配置案を木
構造の各ノードに評価の高い順に保存する配置案履歴デ
ータベース部と、配置案生成の指示に基づいてその指示
段階で未積載貨物のグループと積付け面に対して上記配
置知識データベース部内の知識を適用して複数種の貨物
の組合せ候補を求め、それぞれの候補について上記製品
仕様データベース部のデータに基づいて複数の混合配置
パターンを算出し、上記組合せ候補に混合配置パターン
の情報を加えたものを配置案候補とし、複数の配置案候
補について配置効率を計算し、効率の高い複数個の配置
案候補を配置案として生成する配置案生成部と、上記評
価アルゴリズムデータベース部の評価アルゴリズムを用
いて上記配置案生成部から出力される複数の配置案を評
価・選択し、上記配置案履歴データベース部の内容を更
新あるいは一部破棄する指令を出力すると共に、上記配
置案生成部に対し配置案生成の指令を出力する推論制御
部とを備えたので、比較的少ない計算量で、異なる形態
の複数の貨物を、積付け容器上に高充填効率で積付ける
積載計画が立案できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における積載計画装置のブ
ロック構成図、第２図（ａ）〜（ｄ）は積付け計画の各
段階における配置状況説明図、第３図は配置案履歴デー
タベース部（３）のデータ構造図、第４図は貨物Ａ〜Ｅ
の説明図、第５図は本実施例における処理の流れを示す
フローチャート、第６図は従来装置のブロック図、第７
図（ａ）〜（ｄ）は従来装置を説明するための積付け計
画の各段階における配置状況説明図、第８図は貨物Ｐ〜
Ｓの説明図、第９図は従来例の処理の流れを示すフロー
チャートである。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数種の貨物を積付け容器上に積み付ける
   積載計画装置において、 貨物と積付け容器の仕様をデータとして持つ製品仕様デ
   ータベース部と、 貨物配置に関するノウハウをデータとして持つ配置知識
   データベース部と、 配置案についての評価アルゴリズムに関するデータベー
   スを持つ評価アルゴリズムデータベース部と、 積載計画段階において生成される配置案を木構造の各ノ
   ードに評価の高い順に保存する配置案履歴データベース
   部と、 配置案生成の指示に基づいてその指示段階で未積載貨物
   のグループと積付け面に対して上記配置知識データベー
   ス部内の知識を適用して複数種の貨物の組合せ候補を求
   め、それぞれの候補について上記製品仕様データベース
   部のデータに基づいて複数の混合配置パターンを算出
   し、上記組合せ候補に混合配置パターンの情報を加えた
   ものを配置案候補とし、複数の配置案候補について配置
   効率を計算し、効率の高い複数個の配置案候補を配置案
   として生成する配置案生成部と、 上記評価アルゴリズムデータベース部の評価アルゴリズ
   ムを用いて上記配置案生成部から出力される複数の配置
   案を評価・選択し、上記配置案履歴データベース部の内
   容を更新あるいは一部破棄する指令を出力すると共に、
   上記配置案生成部に対し配置案生成の指令を出力する推
   論制御部と を備えたことを特徴とする積載計画装置。