JP3243058B2 - スケジューリング装置および方法 - Google Patents

スケジューリング装置および方法

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JP3243058B2 JP11802293A JP11802293A JP3243058B2 JP 3243058 B2 JP3243058 B2 JP 3243058B2 JP 11802293 A JP11802293 A JP 11802293A JP 11802293 A JP11802293 A JP 11802293A JP 3243058 B2 JP3243058 B2 JP 3243058B2
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  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、製造業の生産工程の
計画立案を自動的に行うスケジューリング装置および方
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】製造業の生産工程におけるスケジューリ
ングとは、注文、資源、時間の3次元の空間に対して、
与えられた目的関数に従ってスケジュール対象の作業を
割り付けていくものとして定式化できる。
【0003】この場合、与えられた条件を満足する全て
の組合せを検討するといった全数検索による最適解の探
索では、組合せ数が膨大になり、いわゆる組合せ爆発が
発生し、意味のある時間内に解を生成することができな
い。
【0004】そこで、インタビューなどの知識獲得によ
って得られた専門家の知識(ヒューリスティクス)を制
約条件や優先順位として表現して、注文、資源、時間の
3次元の探索空間を予め小さく制限しておき、探索する
解自体も最適解ではなく、実行可能解を見つけるという
方式が従来から取られてきた。実際の実現方式として
は、これらの制約・優先度をルールによって表現し、i
f then形式の知識(ルール)を解析し、推論する
プロダクションシステムを応用してスケジュールを生成
させるもの等がある。
【0005】また、この種の技術として関連するものに
は、たとえば特公平3−37201号公報に開示されて
いるように、スケジュール対象の機能情報、状態情報お
よびスケジューリングルールを知識情報として記憶し、
推論機構を用いてスケジューリングを決定するスケジュ
ール装置がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、探索空間を
制限するといっても、制約により制限された探索空間に
入っていない割り付け対象を全く検索しないわけではな
い。すなわち、実際には探索空間に入っているかいない
かのチェックに関して、全ての割り付け対象を検索しな
ければならない事態も発生する。さらに、探索空間を制
限しても依然として空間が大きくて生成速度に悪影響を
及ぼす事態もある。また、制約による探索空間の制限も
1度に全て行うことが性能的にも機能的にも必ずしも最
良とは言えず、事実上何回かに分割して行われる(すな
わち制約の適用を数回に分けて実行する)ことも多い。
【0007】しかしながら、上記従来技術にあっては、
このような問題に対する配慮がなされていないため、探
索空間の制限を効率良く行うことができず、探索空間の
制限のための計算時間が長期化し、高速にスケジューリ
ングを行うことができないという問題がある。
【0008】また、特公平3−37201号公報のスケ
ジュール装置は、処理可能な作業をルールに従って単に
割り当てているのみで、処理可能な作業が多数あった場
合に、どれを優先して割り付けるかの絞り込みは行って
いない。このため、処理可能な作業が多数あった場合に
は、そのための専用のルールを付加しなければならない
という問題がある。
【0009】一方、システムの移植性や保守性を考慮し
た場合、1つの工程モデルと1つの注文情報のペアーに
おいて効率の良い探索空間の制限方式が、他のペアーで
は効率が良いという保証がないということである。特
に、注文情報についてはモデルが固定でも頻繁に変わる
ものであるので、これに対しどのようにして効率良く探
索空間を制限していくかが課題となる。
【0010】しかしながら、上記従来技術にあっては、
このような問題に対する配慮がなされていないため、ス
ケジュール生成条件が変化するような場合、または異な
るスケジュール生成条件のシステムに移植するような場
合には、新たなスケジュール生成条件に合わせて絞り込
みのためのルールの全てを変更しなければならない。こ
のため、移植性や保守性に劣るといった問題がある。
【0011】本発明の目的は、探索空間を効率良く制限
し、高速にスケジューリングを行うことができると共
に、移植性や保守性にも優れたスケジュール装置を提供
することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基本的には、スケジュール対象の作業を所
定のフィルタリングルールに従って絞り込む複数のフィ
ルタ手段と、スケジュール対象の作業を所定の順序付け
ルールに従って順序付ける複数の順序付け手段と、スケ
ジュール対象の作業に対する前記フィルタ手段と前記順
序付け手段の適用順序を計算効率の高いフィルタ手段お
よび順序付け手段を先に割当てる適用順序指定手段と、
この適用順序指定手段で指定された適用順序に従い、前
記フィルタ手段で絞り込まれ、かつ前記順序付け手段で
順序付けられたスケジュール対象の作業を該当する生産
設備に割り付ける割付け手段とを備えることを特徴とす
る。
【0013】
【作用】上記手段においては、適用順序指定手段がスケ
ジュール対象の作業に対する前記フィルタ手段と前記順
序付け手段の適用順序を所定の割付け順序ルールに従っ
て制御する。
【0014】すなわち、スケジュール対象の作業に対
し、まずフィルタ手段でスケジュール対象を絞り込んだ
後に、順序付け手段で順序付けたり、逆に順序付け手段
でスケジュール対象の作業を順序付けた後に、フィルタ
手段で絞り込むように制御する。
【0015】この制御は、割付け順序ルールに従って行
われる。
【0016】従って、割付け順序ルールの定義の仕方に
より効率良く探索空間を制限し、高速にスケジューリン
グを行うことができる。また、スケジュール生成条件が
変化するような場合には、割付け順序ルールの変更によ
って容易に対処することができ、移植性や保守性を向上
させることができる。
【0017】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明のスケジュ
ール生成装置について説明する。
【0018】図1は、本発明のスケジュール生成装置の
一実施例を示す全体構成図であり、スケジュール対象の
作業を割り付ける生産機械の空きを検出し、その空きの
生産機械に対し、所定のフィルタリングルールに従って
スケジュール対象の作業を絞り込み、かつ所定の順序付
けルールに従って順序付けたスケジュール対象の作業待
ち行列の中の処理可能な作業を割り付けるスケジューリ
ング推論機構10と、スケジュール対象の作業の割付け
に使用するフィルタリングルールおよび順序付けルール
格納したスケジューリング知識ベース11と、スケジュ
ール対象の作業に対するフィルタルールと順序付けルー
ルの適用順序を格納した割付け順序指定知識ベース12
と、この割付け順序指定知識ベース12に格納された割
付け順序ルールに従ってフィルタルールと順序付けルー
ルの適用順序を制御する適用順序指定装置13と、割付
け順序や割付け対象作業の変更を対話的に行うユーザイ
ンタフェース14と、ユーザの指定に応じてスケジュー
ル生成処理を中断させるスケジュール生成中断装置15
とから構成されている。
【0019】このうち、スケジューリング推論機構10
は、スケジュール生成のためのシミュレーション時間を
管理するシミュレーション時間管理装置100と、複数
のフィルタ装置1010,1011および順序付け装置
1020,1021を備え、スケジュール対象の作業を
割付け、その割付け結果16を図2に示すようなガンチ
ャート160で出力する割付け決定装置101とから成
っている。
【0020】ここで、割付け決定装置101は生産機械
毎に設けてもよいし、複数の生産機械で1つの割付け決
定装置101を対応させるようにしてもよい。
【0021】図3は、スケジューリング知識ベース11
および適用順序指定装置13と割付け決定装置101と
の間の関係を示す説明図であり、割り付け決定装置10
1は、スケジューリング知識ベース内11に格納されて
いるフィルタのルール定義110,111および順序付
けのルール定義120,121をコンパイルし、フィル
タ関数1030,1031および順序付け関数104
0,1041として取り込む。
【0022】この場合、各関数1030,1031,1
040,1041には、システム内でユニークな識別情
報(ID)1050,1051,1060,1061が
コンパイル時に付与され、この識別情報も割付け決定装
置101内に取り込まれる。
【0023】フィルタ装置1010,1011および順
序付け装置1020,1021は、各関数1030,1
031,1040,1041と識別情報(ID)105
0,1051,1060,1061とのペアによって構
成される。
【0024】適用順序指定装置13は、割付け決定装置
101内に取り込まれた関数のIDを読み込んでフィル
タ装置1010,1011および順序付け装置102
0,1021の適用順序を決定する。
【0025】図4は、割付け決定装置101および適用
順序指定装置13と割付け順序指定知識ベース12との
間の関連を示す説明図であり、適用順序指定装置13
は、割付け順序指定知識ベース12に格納されている複
数の適用順序定義1210,1211と適用順序ルール
1220,1221および状態関数1230,1231
を取り込み、フィルタ装置1010,1011および順
序付け装置1020,1021の適用順序決定関数13
00を作成する。
【0026】この適用順序決定関数1300は、スケジ
ュール生成時に生成途中のスケジュールの状態と割付け
順序指定知識ベース12の指定に従って適用順序順にソ
ートしたフィルタ関数のID1050,1051および
順序付け関数のID1060,1061の配列を割付け
決定装置101内に設けられた割付決定モジュール10
70に渡す。
【0027】割付け決定モジュール1070は、その関
数IDの配列の順番に従って各関数を適用することによ
り、空き状態の生産機械に割り付けるべき作業を決定
し、作業の割付けを行なう。
【0028】この場合、適用順序決定関数1300をユ
ーザインタフェース14によって対話形式で変更するこ
とにより、フィルタ関数のID1050,1051およ
び順序付け関数のID1060,1061の適用順序を
変更することができる。
【0029】すなわち、フィルタ装置1010,101
1および順序付け装置1020,1021の適用順序を
変更することができる。具体的には、最初に、フィルタ
装置1010,1011でスケジュール対象の作業を少
数に絞り込み、次に、その絞り込んだ作業を順序付け1
020,1021で順序付けて割付けるというスケジュ
ール生成処理を行ったり、その逆あるいは絞り込みと順
序付けを交互に組み合わせて割付けを行うといったスケ
ジュール生成処理を行うことができる。
【0030】また、各関数のIDと関数名との対照表を
適用順序指定装置13に設け、割付け順序指定知識ベー
ス12に前もって定義してある適用順序定義や適用順序
ルールとは関係なく自由に適用順序を指定可能にするこ
ともできる。
【0031】図5は、スケジューリング知識ベース11
で定義されるフィルタのルール定義の110,111の
一例を示す説明図であり、ここでは、スケジュールを作
成する上で絶対に守らなければならない強い制約条件が
定義され、例えば「フィルタ番号=001」のルールに
は、今度の作業の作業種別が「X0001」であり、か
つ直前の作業の作業種別が「Y0001」であり、さら
に生産機械の装置種別が「MC00A」である作業は、
スケジュール対象から除外することが定義されている。
【0032】図6は、スケジューリング知識ベース11
で定義される順序付けのルール定義120,121の一
例を示す説明図であり、ここでは、スケジュール作成上
で好ましいランク付けの形態がルール形式で定義されて
いる。
【0033】例えば、「順序付け番号=001」のルー
ルには、納期の小さい順にスケジュール対象を並べ替え
ることが定義され、「順序付け番号=002」のルール
には、今月が6月〜9月のいずれかであれば、作業の優
先度順に作業を並べ替えるか、または段取り替え時間の
小さい順に並べ替えることが定義されている。また、
「順序付け番号=003」のルールには、注文W00
1,W011,W021の数が全て1000個以上であ
れば、作業の優先度順に作業を並べ替えるか、または納
期の小さい順に並べ替えることが定義されている。
【0034】ルールのタイプをこのように明確に分類す
ることにより、システム提供のアルゴリズムへの組み込
みが可能となり、通常のプロダクションシステムよりも
高速化が可能となり、さらに記述性向上と知識獲得の簡
略化ができシステム構築の工数も削減できる。
【0035】図7は、スケジューリング知識ベース11
で定義されるスケジューリング対象の生産機械の枠組み
の定義例を示す説明図であり、切削用装置と穴空け用装
置の2種類が基本的な生産機械(ベースマシン)として
存在することがsuperclassとして定義され、
その下位のクラスに、切削用装置として「生産能力=1
4」のフライス盤#1,#2が存在することが定義さ
れ、また穴空け用装置として「生産能力=15」のボー
ル盤#1が存在することが定義されている。
【0036】このように、図中のベースマシン(#BA
SE_MACHINE)に代表されるシステム提供クラ
スの枠組みをいくつか提供し、その下位に実際の生産機
械の枠組みを記述するようにしたことにより、システム
提供のアルゴリズムの効率を上げ、また記述の効率を上
げることができる。
【0037】図8は、割付け順序指定知識ベース12で
定義される状態関数の一例を示す説明図であり、例えば
「状態関数A002」では、今月が6月〜9月のいずれ
かであれば真、すなわち作業の割付けが可能であること
が定義されている。
【0038】図9は、割付け順序指定知識ベース12で
定義される適用順序定義の一例を示す説明図であり、例
えば「適用順序ルール1」では、「状態関数A001=
true」ならば、図10に示す「適用順序B001」
を適用することが定義され、「適用順序ルール2」で
は、「状態関数A002=true」ならば、図10に
示す「適用順序B002」を適用することが定義されて
いる。
【0039】図10は、割付け順序指定知識ベース12
で定義される適用順序定義の一例を示す説明図であり、
例えば「適用順序B001」では、フィルタ001,0
02,003の順にフィルタ処理を行い、次に順序付け
001,002,003の順に順序付け定義を適用し、
順序付けを行うことが定義されている。同様に、「適用
順序B002」では、フィルタ001,順序付け00
1,フィルタ002,フィルタ003,順序付け00
2,順序付け003の順にフィルタ処理と順序付け処理
を行うことが定義されている。
【0040】これら図8および図10の状態関数定義お
よび適用順序定義は、割付け順序の決定をシステムが自
動的に判断するときに図9の適用順序ルールの条件部で
使用される。
【0041】このように、状態関数および適用順序の定
義と、それらが適用される条件のルール定義とを分離す
ることにより、記述性が向上し、かつ知識の獲得が容易
になる。特に、割付け順序の変更をスケジュール生成時
に動的に行なうときには有効なものとなる。
【0042】このようにして、制約などを表現している
フィルタや、優先順位などを表現している順序付けの適
用順序をどうするのが効率的かが事前に予測できる場合
については、それを知識獲得等の手法によりルールの形
式に翻訳して割付け順序指定知識ベースに格納すれば、
スケジュールの生成に反映できる。また、スケジュール
生成実行時にユーザあるいは外部システムが、モニタの
結果に基づきスケジュールの中断を実行し、適用順序の
変更や、場合によっては割付け決定装置の切替を行なっ
て生成速度の早いスケジューリングや、より質の高いス
ケジューリング結果を得ることができる。
【0043】図11は、以上の構成に係る処理の流れを
示すフローチャートであり、ステップ1100でシミュ
レーション時間管理装置100から逐次提示されるシミ
ュレーション時刻を参照してシミュレーション時刻を決
定し、次のステップ1101でそのシミュレーション時
刻において空いている生産機械を見つける。
【0044】もし、空きの生産機械がなければ、ステッ
プ1103で次のシミュレーション時刻を決め直す。
【0045】しかし、空きの生産機械があれば、ステッ
プ1104において空いている生産機械で処理可能な作
業を作業情報の待ち行列から探し、ステップ1106に
おいてフィルタ装置1010,1011および順位付け
装置1020,1021を使用し、最も適した割付けを
選択する。
【0046】この場合、処理可能な作業が待ち行列で見
つからなければ、ステップ1101に戻り、現在のシミ
ュレーション時刻において空いている別の生産機械を探
す。
【0047】図12は、フィルタ装置および順位付け装
置の適用順序の一例を示す説明図であり、順位付け装置
1020によって処理可能な複数の作業を図6で示した
ような順序付けルールによって順序付け、この後に、そ
の順序付けた作業の数を図5に示したようなフィルタ定
義に従って1つに絞り込み、その作業に対応する空きの
生産機械に割り付ける。
【0048】このような順序で割付ける作業を決定する
ようにした場合、フィルタ装置1010の計算回数が減
るため、目的とするスケジュールを高速で作成すること
ができる。
【0049】図13は、フィルタ装置および順位付け装
置の適用順序の他の例を示す説明図であり、この例は複
数のフィルタ装置および順位付け装置の中で、より計算
効率の高いものを割り付け決定処理の最初に割当てるよ
うにしたものである。すなわち、より複雑で遅いものは
後で処理することにより、計算対象を減らし、スケジュ
ール生成速度の高速化を図るようにしたものである。そ
のために、ここでは、順序付け装置1020〜1023
およびフィルタ装置1010〜1013が交互に組み合
わされ、そのうち計算コストの低いフィルタ装置101
0が最初の処理段階に割り当てられ、計算コストの高い
フィルタ装置1012は後段に割り当てられている。
【0050】図14は、図13を一般化した適用順序例
を示すものであり、フィルタ装置1010,1011お
よび順位付け装置1020で最初のn個以外は一律に切
り捨てる足切り機能を実現する。これは、人間のスケジ
ューラがスケジュールを作成するとき、割り付けるべき
ものがあり過ぎたなら一定個数以上は見ない場合が考え
られることを想定したもので、知識獲得の過程で足切り
対象のn個を見つけ、これを除外するようなルールを定
義することにより、スケジュール生成の高速化を図るこ
とができる。
【0051】この場合、順位付け装置1020の足切り
機能は図6の例と同様なif then形式のルールに
よって定義することができる。
【0052】なお、フィルタ装置および順序付け装置の
適用は割り付け候補の作業の実体に対して直接行っても
よいし、割り付け候補の作業のフラグの上げ下げ、ある
いは管理テーブル等による間接的管理でもよい。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、スケジュ
ール対象の作業を所定のフィルタリングルールに従って
絞り込む複数のフィルタ手段と、スケジュール対象の作
業を所定の順序付けルールに従って順序付ける複数の
序付け手段と、スケジュール対象の作業に対する前記
数のフィルタ手段と前記複数の順序付け手段の適用順序
計算効率の高いフィルタ手段および順序付け手段を先
に割当てる適用順序指定手段と、この適用順序指定手段
で指定された適用順序に従い、前記フィルタ手段で絞り
込まれ、かつ前記順序付け手段で順序付けられたスケジ
ュール対象の作業を該当する生産設備に割り付ける割付
け手段とを具備させたので、計算量を減らし、スケジュ
ール生成速度を高速化することができる。
【0054】また、スケジュール生成条件が変化するよ
うな場合には、割付け順序ルールの変更によって容易に
対処することができ、移植性や保守性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスケジューリング装置の一実施例
を示すブロック図である。
【図2】スケジュール結果として出力されるガンチャー
トの一例を示す説明図である。
【図3】図1における割付け決定装置、適用順序指定装
置、スケジューリング知識ベースとの関連を示す説明図
である。
【図4】図1における割付け決定装置、適用順序指定装
置、割付け順序指定知識ベースとの関連を示す説明図で
ある。
【図5】スケジューリング知識ベースで定義されるフィ
ルタのルール定義の一例を示す説明図である。
【図6】スケジューリング知識ベースで定義される順序
付けのルール定義の一例を示す説明図である。
【図7】スケジューリング知識ベースで定義されるスケ
ジューリングの対象のフレーム定義の一例を示す説明図
である。
【図8】割付け順序指定知識ベースで定義される状態関
数定義の一例を示す説明図である。
【図9】フィルタ装置および順序付け装置の適用順序ル
ールの一例を示す説明図である。
【図10】フィルタ装置および順序付け装置の適用順序
定義の一例を示す説明図である。
【図11】図1の処理の流れを示すフローチャートであ
る。
【図12】フィルタ装置および順位付け装置の適用順序
の基本構成を示す説明図である。
【図13】フィルタ装置および順位付け装置の適用順序
の他の構成を示す説明図である。
【図14】図13のフィルタ装置および順位付け装置の
適用順序を一般化した例を示す説明図である。
【符号の説明】
10…スケジューリング推論機構、11…スケジューリ
ング知識ベース、12…割付け順序指定知識ベース、1
3…適用順序指定装置、14…ユーザインタフェース、
15…スケジュール生成中断装置、100…シミュレー
ション時間管理装置、101…割付け決定装置、11
0,111…フィルタのルール定義、120,121…
順序付けのルール定義、1070…割付け決定モジュー
ル、1210,1211…適用順序定義、1220,1
221…適用順序ルール、1230,1231…状態関
数、1300…適用順序決定関数。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 引地 輝弘 宮城県仙台市青葉区一番町二丁目4番1 号 日立東北ソフトウェア株式会社内 (72)発明者 山田 真嗣 宮城県仙台市青葉区一番町二丁目4番1 号 日立東北ソフトウェア株式会社内 (72)発明者 荒砥 悦子 宮城県仙台市青葉区一番町二丁目4番1 号 日立東北ソフトウェア株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−203225(JP,A) 特開 平1−274243(JP,A) 第24回知識ベースシステム研究会資 料、1993年4月22日発行、社団法人人工 知能学会、p.1−6 電子情報通信学会技術研究報告、Vo l.92、No.185、1992、p.89−98 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 17/60 108 G06F 17/60 162 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スケジュール対象の作業を所定のフィル
    タリングルールに従って絞り込む複数のフィルタ手段
    と、 スケジュール対象の作業を所定の順序付けルールに従っ
    て順序付ける複数の順序付け手段と、 スケジュール対象の作業に対する前記複数のフィルタ手
    段と前記複数の順序付け手段の適用順序を計算効率の高
    いフィルタ手段および順序付け手段を先に割当てる適用
    順序指定手段と、 この適用順序指定手段で指定された適用順序に従い、前
    記フィルタ手段で絞り込まれ、かつ前記順序付け手段で
    順序付けられたスケジュール対象の作業を該当する生産
    設備に割り付ける割付け手段とを備えて成るスケジュー
    リング装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタリングルールは、絞り込み
    対象の作業の条件を記述する条件部と、その条件に対す
    る処理を記述する処理部とから構成し、前記順序付けル
    ールは順序付け対象の作業の条件を記述する条件部と、
    その条件に対する処理を記述する処理部とから構成し、
    前記割付け順序ルールはフィルタ手段および順序付け手
    段の適用順序の条件を記述する条件部と、その条件に対
    する適用順序定義を指定する処理部とから構成すること
    を特徴とする請求項1記載のスケジューリング装置。
  3. 【請求項3】 スケジュール対象の作業を絞り込む複数
    フィルタリングルールおよび順序付ける複数の順序付
    けルールを記憶した第1の知識ベースと、前記複数の
    ィルタリングルールおよび複数の順序付けルールの適用
    順序を計算効率の高いフィルタリングルールおよび順序
    付けルールを先に割当てる順序ルールを記憶した第2の
    知識ベースと、スケジュール対象の作業を該当する生産
    設備に割り付ける割り付け決定装置とを備えたスケジュ
    ール装置におけるスケジュール方法であって、 スケジュール対象の作業について前記第1の知識ベース
    に記憶された複数のフィルタリングルールおよび複数の
    順序付けルールを前記第2の知識ベースに記憶された
    当て順序ルールに従い適用し、前記フィルタリングルー
    ルで絞り込まれ、かつ前記順序付けルールで順序付けら
    れたスケジュール対象の作業を前記割り付け決定装置に
    よって該当する生産設備に割り付けることを特徴とする
    スケジューリング方法。
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Title
第24回知識ベースシステム研究会資料、1993年4月22日発行、社団法人人工知能学会、p.1−6
電子情報通信学会技術研究報告、Vol.92、No.185、1992、p.89−98

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