JP4351724B2 - 配合計画作成装置、配合計画作成方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、多種類の配合原材料を混合して、要求される品質・性状を満たし、かつコストがミニマムな配合割合を計画する配合計画作成装置、配合計画作成方法、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

鉄鋼を始めとする多くの産業においては、購入した種々の性状を有する多種類の原材料を混合して、混合後の品質・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、原材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。

また、各種原材料の購買に対する要因等から、操業者は目標とする配合割合を設定し、左記の目標とする配合割合に近い配合割合に配合計画が作成されることを求める。更に、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離すると、操業に困難を来たすため、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離することがない配合計画が作成されることが求められる。

上記の要求を満たすような配合計画を実現するためには、購入した多種類の原材料の、種々の品質・性状、多種類の原材料の在庫情報、購入費用等の膨大な情報量を把握しなくてはならず、人がこれら膨大な情報量の全てを把握して、適切な配合を決定するには非常に膨大な時間を要していた。このため、情報が変化した際への応答性の低さに伴い、現実には配合した原材料の品質・性状が求められる範囲に入らない等問題が発生していた。また、配船変動を含む輸送等の外乱を受けた場合、品質・性状を満足するために、結果として所要量を超える原燃料量を購入する等コストの増大を招いていた。

従来、この配合を決定する技術として様々な手法が提案されている。例えば、特許文献１の「原料炭の配合決定方法」に開示されているように、適当な初期値を入力した後で、配合比率等を一定の刻み幅で変動させることを繰り返すことで、品質を満足しながら、コストをミニマム化することを可能にする手法がある。

また、特許文献２の「セメントクリンカ焼成用原料の混合比率算出方法」に開示されているように、線形計画法を用いて最適化した配合を計画する方法がある。

更に、特許文献３の「生産・物流計画作成方法及び生産・物流計画作成装置、物流制御方法及び物流制御装置、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、並びにコンピュータプログラム」に開示されているように、計画作成期間を立案対象期間に分割し、分割した期間に対して数理計画手法を適用することを繰り返す手法がある。

特開平０１−１０４６８８号公報 特開２００１−１４６４４１号公報 特開２００３−２１６６９５号公報

上記特許文献１に記載の「原料炭の配合決定方法」に開示されているように、再計算の繰り返しを用いて配合計画を作成する手法では、満足できる結果が得られるまでには、（１）設定された刻み幅に基づき、配合割合を変えながら計算を行ない、その結果の評価を何回も繰返し行なう必要があった。このため、（２）原材料の種類が多い場合では配合計画を作成するのに多くの時間がかかってしまう、（３）繰り返し手法で収束計算をしているため、必ずしもコストミニマムにはならない、（４）原材料の在庫の考慮がされておらず、在庫を切らさないように、複数日に亘る配合計画を作ることは不可能である、といった問題点があった。

また、上記特許文献２に記載の「セメントクリンカ焼成用原料の混合比率算出方法」に開示されているように、線形計画法を用いて配合計画を作成する手法では、（１）性状を満足することのみを目標としており、コストをミニマム化する方法は提案されていない、（２）始在庫量、入荷財源等の情報を基に、複数日に亘って配合計画を作成することが求められるが、在庫を考慮して、在庫を切らさないように、複数日の配合を計画することは全く考慮されていない、といった問題点があった。

更に、上記特許文献３に記載の「生産・物流計画作成方法及び生産・物流計画作成装置、物流制御方法及び物流制御装置、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、並びにコンピュータプログラム」に開示されているように、計画作成期間を立案対象期間に分割し、分割した期間に対して数理計画手法を適用することを繰り返す手法では、（１）製品を製造するにあたっての製造開始時刻・終了時刻及び在庫推移を計画する、或いは製品・原材料を搬送するにあたっての搬送開始時刻・終了時刻及び在庫推移を計画する、つまり生産・物流計画を作成することが目的であり、原材料を何対何の割合で配合するのが良いか、またその際の混合後の品質・性状を予め設定された範囲内に納める計画をする、つまり配合計画を作成することを目的にしていない、（２）製品の製作開始時間、物の運搬開始時間・量を最適化できるが、原材料を混合して、混合した原材料が求められる品質・性状を満足するようにすることができない、といった問題点があった。

以上のような理由により、上記特許文献１〜３のいずれにおいても、上記求められる（１）在庫を切らさず、（２）品質・性状を満足し、（３）コストミニマムになる、（４）複数日分の配合計画を作るには至らない。

また、各種原材料の購買に対する要因等から、操業者は目標とする配合割合を設定し、左記与えた目標とする配合割合に近い配合割合に配合計画が作成されることを求めるが、上記特許文献１〜３に共通する問題として、上記機能を満足することができない問題点があった。

更に、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離すると、操業に困難を来たすため、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離することがない配合計画が作成されることが求められるが、上記特許文献１〜３に共通する問題として、上記機能を満足することができない問題点があった。

そこで、本発明は、多種類の配合原材料を混合して、要求される品質・性状を満たし、かつコストがミニマムになる配合を、在庫を切らさないように、複数日に亘って、計画できるようにすることを目的としている。

本発明の配合計画作成装置は、
入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するための配合計画作成装置であって、
上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段とを具備し、
上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
（ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
（ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
（ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
（ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成することを特徴とする。
本発明の配合計画作成方法は、
入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するための配合計画作成方法であって、
上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段とを用い、
上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
（ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
（ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
（ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
（ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成するステップを有することを特徴とする。
本発明のプログラムは、
入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するためのプログラムであって、
上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段としてコンピュータを機能させ、
上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
（ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
（ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
（ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
（ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成することを特徴とする。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明のプログラムを記録したことを特徴とする。
本発明では、計画作成期間を、最適化期間に分割し、最適化期間に対して数理計画法に基づいて最適化を実行し、この結果をシミュレータにてシミュレーションし、この作業を繰り返す手法において、品質・性状最適化機能及び品質・性状シミュレーション機能を組み込むことで、膨大な情報を期間分割することにより、情報量を少なくでき、高速に配合計画を作成することが可能である。更に品質・性状を考慮して、品質・性状の要求される範囲内の納めることが可能であり、かつ在庫を切らさないで、コストミニマムを実現する複数日分の配合計画を作成することを可能としている。

本発明によれば、多種類の配合原材料を混合して、要求される品質・性状を満たし、かつコストがミニマムになる配合を、在庫を切らさないように、複数日に亘って、計画することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
まず、図３を用いて本実施形態の配合計画作成装置の基本的な構成を説明する。図３は、本発明を適用した配合計画作成装置の構成の一例を説明するブロック図である。図３に示ように、本実施形態の配合計画作成装置２１は、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０、需給モデル構築部３５０、品質・性状モデル構築部３６０、計画部３２０によって構成され、更に入出力部を併せ持つ。

シミュレータ３１０は、製造プロセス・搬送の物流状態と物流制約を表現した製造プロセス・搬送を模擬するもので、各配合原材料の在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移を計算するシミュレータである。品質・性状シミュレータ３７０は、原材料を混合した後の混合原材料の品質・性状を計算するシミュレータである。シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０は互いに連動することで、在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移、品質・性状を計算する。

本実施形態においては、在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コストに関する配合情報、及び操業者からの操業前提条件の全て或いは一部を表わす入力データ３３０に基づいて、上記配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、予め設定した時間精度に基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、需給モデル構築部３５０にて在庫制約、入荷制約、購買制約、使用制約（需給モデル）が構築され、品質・性状モデル構築部３６０により品質・性状制約（品質・性状モデル）が構築される。

需給モデル構築部３５０、品質・性状モデル構築部３６０により構築されたモデルを基に、要求される品質・性状を満たし、かつコストがミニマムな配合を計画するように、計画部３２０によって最適化計算を行ない、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０に対する計算指示を算出するようにしている。

シミュレータ３１０は、在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移をシミュレートし、品質・性状シミュレータ３７０は、各配合原材料混合後の品質・性状をシミュレートする。したがって、本実施形態の配合計画作成装置によれば、従来のように予め決められたルールに基づいて計算指示が行なわれるのではなく、計画部３２０により行なわれた最適計算の結果に基づいた計算指示をシミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０に出力する。これにより、そのときの事象に応じた最適な計算指示を確実に行なうことが可能となる。

また、予め設定された計画確定期間分について、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０によるシミュレーションを終了すると、計画確定期間の最終状態での在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移、品質・性状の情報を需給モデル構築部３５０にて在庫制約が構築され、品質・性状モデル構築部３６０に与え、与えられた情報に基づき、モデルを構築し、計画部３２０に与える。上記在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移、品質・性状の情報がシミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０から与えられると、上記計画部３２０は最適化計算を実行する。

上述のように、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０と上記計画部３２０を連動させた詳細シミュレーションを一度実行することで、最適な配合計画を作成することができる。

すなわち、本実施形態において行なわれるシミュレーションは、従来のような所定のルールに基づくシミュレーションではなく、最適化計算を行なった結果に基づいて行なうものであるので、１回のシミュレーションを行なうだけで理論的な最適解を確実に得ることが可能となる。これにより、従来のようにシミュレーション結果を評価してシミュレーションを何回も繰り返し行なう必要がなく、シミュレーション結果３４０を迅速に、かつ高精度に作成することができる。したがって、配合計画を作成する対象が大規模であっても実用時間内に作成することが十分に可能である。

また、計画作成期間が長くなると、考慮する期間が長くなり、従来法では問題規模が大きくなるため、求解が不可能になる問題があったが、本手法では最適化期間に分割することで、問題規模を小さくできるので、計画作成期間が長くなっても、問題を解くことが可能となる。上述のようにして得られたシミュレーション結果３４０を配合計画として出力する。

また、需給モデル構築部３５０、品質・性状モデル構築部３６０にて構築するモデルの規模が非常に大きい場合、或いは制約条件が非常に多くて複雑な場合でも、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０に記載された需給バランス制約、品質・性状制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分のみを需給モデル構築部３５０、品質・性状モデル構築部３６０に取込むようにすることで、需給モデル構築部３５０、品質・性状モデル構築部３６０の規模を適切な範囲にして、実用的な時間内で最適化計算を行なうようにすることができる。シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０は、考慮すべき需給バランス制約、品質・性状制約を全て記載することができるので、１回のシミュレーションを行なって作成された配合計画は現実に実行可能となることが保証される。

上述したように、本実施形態においては、シミュレータ３１０、品質・性状シミュレータ３７０と、計画部３２０を連動させて配合計画を作成するようにしたので、（１）シミュレーションの繰り返しを行なわないで配合計画を作成することができる。また、（２）配合計画作成に影響が大きい重要な部分のみを上記計画部に取込むようにすることで計算時間を短縮することができるとともに、（３）大規模問題を解くことが可能になる。

まず、本実施形態の配合計画作成装置の一実施対象である原材料配合の概要図を図１に示す。図１を用いて、原材料を混合し、混合後の原材料が要求される品質・性状を満たす配合計画を作成する場合について説明する。ただし、これはあくまでも一実施例であり、本実施形態の配合計画作成装置は、多種類の配合原材料を混合して、要求される品質・性状を満たし、かつコストがミニマムな配合計画を作成する際に適用することが可能であり、また特に有効である。

本実施形態の配合計画作成装置では、需給バランス制約を満たす必要がある。これは各銘柄の原材料の日々の使用量の合計が、入荷量と始在庫量を合わせた量よりも少なくなければならない。また、混合後の原材料では、各種の性状が予め設定された閾値の範囲に入っている必要がある。更に、配合計画では、まず第１に、原材料の購入費用を最小化することを目的する。

図２は、本実施形態による配合計画作成装置を用いた配合計画管理装置の構成と他システムとの関連を示す図である。図２に示すように、配合計画作成部２１を用いて、配合計画管理装置を構成している。配合計画を作成する際には、まず、条件設定および取込み部２０で、計画を立案する上で必要となる在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コスト等の制約条件、前提条件を操業者が設定或いはプロセスコンピュータ（プロコン）又はビジネスコンピュータ（ビジコン）より取込む。

本実施形態の配合計画作成部２１は、条件設定および取込み部２０により設定された様々な需給バランス制約、性状制約の下で、これら制約を満たすように配合計画を求める。すなわち、各銘柄の日々の使用量を求める。

この配合計画作成部２１では、以下に詳しく述べるように、ＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法を用いて数式モデルを構築することにより、又は、数式モデルを構築することなくタブサーチ、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティック手法を用いて遺伝子モデル或いは優先モデルを構築することにより、或いは、メタヒューリスティック手法と数理計画法の組合せにより配合計画の最適化を図る。

配合計画作成部２１で求められた各銘柄の日々の使用量は、表示部２２に転送され、例えば表形式、在庫推移グラフ形式等の帳票で表示される。

操業者評価部２３では、求められた配合計画を様々な観点（例えば、在庫推移、性状等）から操業者が評価し、満足できる結果でなければ必要に応じて配合量等を修正する。この際には、必要に応じて目的関数の重み、或いは評価の指標を変えたり、数式モデル、遺伝子モデル、優先モデルを構築する対象期間・計画確定期間を変えたりする。また、操業者が全部の或いは指定した処理のみ使用量の固定する等、操業者の意志を反映させる手段を備えている。そして、配合計画作成部２１でもう一度配合計画を作成し直す。

次に、上記配合計画作成部２１の構成、及び配合計画作成部２１によって行なわれる処理の詳細について説明する。

配合計画作成部２１の処理の詳細に対する数式モデルを使用する例を、配合計画作成装置（配合計画作成部）２１の詳細な構成を示す図５と、配合計画作成装置（配合計画作成部）２１による詳細な処理内容を示すフローチャートを記した図６を用いて詳細に説明する。ここで、図５は、図３を用いて説明した本実施形態の配合計画作成装置の基本的な構成に対する、本実施形態による配合計画作成装置の詳細な構成を示す図である。また、シミュレーション工程は図６のステップＳ６０８、数式モデル構築工程はステップＳ６０６、数式モデル最適化工程はステップＳ６０７、配合計画確定工程はステップＳ６０９、立案日時更新工程はステップＳ６１１より構成される。

（１）入力データの取込みと、初期値、条件設定（図５の入力データ取込み部５０１、図６のステップＳ６０１）
具体的には、本処理に必要な情報（在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、操業者からの操業前提条件の全部又は一部）を、オンラインにて読込み、必要に応じて操業者が修正を加える。

（２）配合計画作成期間の設定（図５の計画作成期間設定部５０２、図６のステップＳ６０２）
この処理では、配合計画を作成する期間を設定する。この作成期間は立案者の必要に応じて任意の期間を設定可能とする。ここでは一例とし１０日間分を立案する。

（３）配合計画作成時間精度の設定（図５の計画作成時間精度設定部５０３、図６のステップＳ６０３）
この処理では、配合計画を作成する時間精度並びにシミュレーション精度を設定する。この時間精度並びにシミュレーション精度は立案者の必要に応じて個別に任意の精度を設定可能とする。例えば、立案の細かな精度を必要とする計画作成期間の前半では精度を細かくし、粗い計画で十分な計画作成期間の後半では精度を粗くすることで、十分な精度と短時間での効率的な計画作成ができる。

（４）最適化期間の設定（図５の最適化期間設定部５０４、図６のステップＳ６０４）
この処理では、配合計画を作成する最適化期間を設定する。この最適化期間は立案者の必要に応じて個別に任意の対象期間を設定可能とする。ここでは、一例として計画作成期間を通して最適化期間は３日間とする。

（５）計画確定期間の設定（図５の計画確定期間設定部５０５、図６のステップＳ６０５）
この処理では、配合計画を確定する計画確定期間を設定する。この計画確定期間は立案者の必要に応じて個別に任意の期間を設定可能とする。例えば立案の細かな精度を必要とする計画作成期間の前半では計画確定期間を短くし、粗い計画で十分な計画作成期間の後半では計画確定期間を長くすることで、十分な精度と短時間での効率的な計画作成ができる。ここでは、一例として数式モデルに対する解に基づいてシミュレーションした結果得られる配合計画に対しては計画作成期間を通して最初の１日分を確定する。

（６）配合計画の需給情報を数式モデルに定式化（図５の需給数式モデル構築部５０６、図６のステップＳ６０６）
この処理では、在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料のコストに基づき設定した最適化期間分を設定した時間精度で需給情報を数式モデルに定式化する。各銘柄の使用量を下記の（式１）に示すように定義する。また、銘柄の在庫量を下記の（式２）に示すように定義する。

需給情報を基に構築した数式モデル、つまり需給バランス制約モデルを以下に示す。各銘柄の在庫量は一定の安全在庫量と呼ばれる値以上ないといけない。この場合の制約は、下記の（式３）と表される。

各銘柄の在庫量は、前日の在庫量、前日の入荷量、前日の使用量より決定される。この場合の関係式は、下記の（式４）と表される。

各銘柄の使用量のある日の合計は、予定された使用量と一致する必要がある。この場合の関係式は、下記の（式５）と表される。

また、各種原材料の購買に対する要因等から操業者は目標とする配合割合を設定し、左記与えた目標とする配合割合に近い配合割合に配合計画が作成されることを求める。つまり配合割合が操業者の想定と大きくかけ離れると、想定した購買量を満たせなくなったり、購買量を越えたり、また操業設備に無理な操業を及ぼすことが想定されるため、目標として与えた配合割合に近い配合割合が出力されることが必要となる。上記機能を実現するための制約を以下に示す。

更に、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離すると、操業に困難を来たす。つまり、別原材料を使用するための段取り時間の増加や、設備の故障の原因となる。このため、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離することがない配合計画が、作成されることを求める。上記機能を実現するための制約を以下に示す。

加えて、前日配合して在庫があるにも関わらず、翌日配合しないと、少量の在庫が残った状態の銘柄が多くなり、操業に困難を来たす。このため、前日配合して、その翌日に在庫がある場合は、翌日も配合する配合計画が、作成されることを求める。上記機能を実現するための制約を以下に示す。

（７）配合計画の品質・性状情報を数式モデルに定式化（図５の品質・性状数式モデル構築部５０７、図６のステップＳ６０７）
この処理では、在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コストに基づき設定した最適化期間分を設定した時間精度で品質・性状情報を数式モデルに定式化する。

品質・性状情報を基に構築した品質・性状制約モデルを以下に示す。ここでは、ｕ成分の品質・性状ｆ_u(ｘ_i,d)が下記の（式１０）で計算できる場合を考える。

上記の（式１０）では品質・性状は、配合割合と配合割合の２次の項より形成される。ただし、ここで２次項が性状に与える影響は微小であることが通常であるため、最適化内での定式化では、２次項を省略した下記の（式１１）で品質・性状を考える。

混合後の原材料の性状は要求される性状制約を満たす必要がある。この場合の制約式は、下記の（式１２）と表される。

（８）配合計画数式モデルを目的関数に基づいて最適化（図５の配合計画求解部５０８、図６のステップＳ６０８）
この処理では、上記構築された線形及び整数制約式で成る配合計画需給数式モデル、品質・性状数式モデルを併せて配合計画数式モデルを構築し、予め設定した目的関数に基づきＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法又はタブサーチ、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティック手法と数理計画法を組み合わせた方法により最適化問題として問題を解くことにより、最適な使用量を計算する。

ここでは、目的関数に関して線形式を用いた場合の例を示す。本実施例では、コストミニマムを目的としていたので、目的関数は下記の（式１３）となる。

また、ここで、与えた目標とする配合割合に近い配合割合に配合計画を近づける必要があり、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離することがない配合計画を作成する必要がある場合は、目的関数は下記の（式１４）となる。

以上の定式化した式（数式モデル）を混合整数計画法にて解くことにより、配合計画需給数式モデル、品質・性状数式モデルを併せた配合計画数式モデルに対する最適解が得られる。

（９）求解した解を基に在庫推移、入荷推移、購買推移、使用推移をシミュレーション（図５のシミュレーション部５０９、図６のステップＳ６０９）
上記配合計画数式モデルに対する解、及び入力データ取込み部５０１により取込まれた在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び操業者からの操業前提条件の全部又は一部に基づいて、対象となる配合の全部或いは一部を、設定した計画確定期間分について、設定した計画作成精度でシミュレートする。

このシミュレーションでは、配合計画数式モデルには組込むことができなかった制約条件、操業のルール等もシミュレーションに組込み、シミュレーションすることで、配合計画数式モデルに対する求解結果として出された解を実操業で問題なく使用可能な配合計画に変更する。これにより、実操業で求められる時間精度と、実操業に求められる細かな制約まで考慮した配合計画の立案が可能となる。

また、数式モデルでは取扱うことが難しい制約の一例として、配合割合が変った場合の設備の段取りに掛かる段取時間等をシミュレーションに取込み、正確にシミュレートすることで、実操業に求められる細かな制約まで考慮した配合計画の立案が可能となる。

（１０）求解した解を基に品質・性状をシミュレーション（図５の品質・性状シミュレーション部５１０、図６のステップＳ６１０）
上記配合計画数式モデルに対する解、シミュレーション部５０９によりシミュレートされた在庫推移、及び入力データ取込み部５０１により取込まれた在庫状況、入荷予定、計画作成期間、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び操業者からの操業前提条件の全部又は一部に基づいて、対象となる配合の全部或いは一部を、設定した計画確定期間分について、設定した計画作成精度で品質・性状をシミュレートすることで、原材料の混合後の品質・性状結果を得る。

このシミュレーションでは、配合計画数式モデルには組込むことができなかった制約条件、操業のルール等もシミュレーションに組込み、シミュレーションすることで、配合計画数式モデルに対する求解結果として出された解を実操業で問題なく使用可能な配合計画に変更する。

例えば、最適化内の計算では配合割合の２次項が品質・性状に与える影響は微小であるとして無視していたが、シミュレーションにおいては２次項まで考慮して上記の（式１０）により品質・性状を計算する。これにより、実操業で求められる時間精度と、実操業に求められる細かな制約まで考慮した配合計画の立案が可能となる。

（１１）配合計画の確定（図５の確定部５１１、図６のステップＳ６１１）
この処理では、上記在庫推移シミュレーション、品質・性状シミュレーションにより導き出された配合計画のうちで設定した計画確定期間分を確定する。本実施形態における配合計画作成手順を説明する図４に示すように、作成した配合計画の最初の１日分を確定する。作成した配合計画のうちで上記計画確定期間に入らなかった部分については、その計画は確定せずに破棄する。

（１２）計画作成期間分、或いは計画確定期間分の計画が確定したか判断（図５の判断部５１２、図６のステップＳ６１２）
この処理では、その時点までに確定した計画確定期間が予め設定した計画確定期間分を確定したか、或いは計画作成期間分を作成したかを判断する。本実施形態では、計画作成期間が１０日間であるので第１０ループで計画を確定した時点で計画確定期間分の計画が確定する。このため第１０ループで計画を確定終了した時点で１０日分の配合計画を作成して、処理を終了する。

（１３）立案開始日の更新（図５の更新部５１３、図６のステップＳ６１３）
確定した計画確定期間が予め設定した計画作成期間分を確定していない場合、上記配合計画のうちで確定した配合計画期間直後の日時を新たな立案開始日として設定する。本実施形態では、図４に示すように、第１ループでは当初１日目０時であった立案開始日を２日目０時に、第２ループでは当初２日目０時であった立案開始日を３日目０時に更新する。

以上のように、本実施形態では、現在の在庫推移状態に応じて、需給バランス制約、品質・性状制約等を、まず所定の最適化期間分を、計画作成時間精度で数式モデルを構築し、構築した配合計画数式モデルを配合計画目的関数に基づいて求解し、求解した解を基に、在庫推移、混合後の原材料の品質・性状をシミュレートし、シミュレートした結果から求められた配合計画のうちで、設定した計画確定期間直後の日時を新たな立案開始日時とする。これにより、新たな計画対象期間分の配合計画を確定する一連の処理を順次、予め定めた回数だけ、繰り返して行なうことで、所望する計画作成期間分の配合計画の作成を行なえるので、任意の時間精度を必要とする配合計画を、高速かつ詳細に最適化することができ、かつそのままで実操業に適用できる。

なお、上述の配合計画作成部２１は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等からなるマイクロコンピュータによって構成されており、例えばパーソナルコンピュータ等の計算機によって実現することができる。

（本発明に係る他の実施形態）
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム内のコンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。

また、この場合、上記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。

更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。

本発明の実施対象である配合計画の概要図である。 本発明の実施形態による原材料配合計画作成装置を用いた配合計画作成措置の構成と他システムとの関連を示す図である。 本発明の実施形態による配合計画作成装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態における配合計画作成手順を説明する図である。 本発明の実施形態による配合計画作成装置の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施形態による配合計画作成装置による処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

２０ 条件設定および取込み部
２１ 配合計画作成部
２２ 表示部
２３ 操業者評価部
２４ プロコン
２５ ビジコン
３１０ シミュレータ
３２０ 計画部
３３０ 入力データ
３４０ 結果
３５０ 需給モデル構築部
３６０ 品質・性状モデル構築部
３７０ 品質・性状シミュレータ
５０１ 入力データ取込み部
５０２ 計画作成期間設定部
５０３ 計画作成時間精度設定部
５０４ 最適化期間設定部
５０５ 計画確定期間設定部
５０６ 需給数式モデル構築部
５０７ 品質・性状数式モデル構築部
５０８ 配合計画求解部
５０９ シミュレーション部
５１０ 品質・性状シミュレーション部
５１１ 確定部
５１２ 判断部
５１３ 更新部

Claims (10)

1. 入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するための配合計画作成装置であって、
   上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
   製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
   配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
   混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段とを具備し、
   上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
   （ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
   （ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
   （ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
   （ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
   既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成することを特徴とする配合計画作成装置。
2. 上記品質・性状モデルは、品質・性状の値が、各銘柄の配合割合の１次式で表されるものであり、
   上記品質・性状シミュレータは、品質・性状の値が、各銘柄の配合割合の２次式で表されるものであることを特徴とする、請求項１に記載の配合計画作成装置。
3. 上記配合計画を作成する際に、全部或いは一部の配合原材料に対して、目標として与えられた配合割合に近づける配合を計画することを特徴とする請求項１又は２に記載の配合計画作成装置。
4. 上記配合計画を作成する際に、前日の配合割合とその翌日の配合割合が大きく乖離しない配合を計画することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の配合計画作成装置。
5. 上記配合計画を作成する際に、前日に使用した配合原材料の在庫が、その翌日にもある場合には、該当配合原材料をその翌日にも使用する配合を計画することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の配合計画作成装置。
6. 上記配合計画を作成する際に、配合計画の一部が前もって指定可能であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の配合計画作成装置。
7. 上記需給モデルには組込まない制約条件が、配合割合が変った場合の設備の段取りに掛かる段取時間であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の配合計画作成装置。
8. 入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するための配合計画作成方法であって、
   上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
   製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
   配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
   混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段とを用い、
   上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
   （ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
   （ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
   （ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
   （ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
   既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成するステップを有することを特徴とする配合計画作成方法。
9. 入荷して在庫として保管された複数種類の配合原材料を混合して、該配合原材料の在庫を切らさずに、且つ、混合後の原材料が所望する品質・性状を満たした、複数日に亘る計画作成期間分の配合計画を作成するためのプログラムであって、
   上記各配合原材料の在庫状況、入荷予定、各配合原材料の品質・性状・コスト、及び、上記配合計画を作成する計画作成期間、に関する配合情報を含む入力データを取込む入力データ取込み手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、配合計画の立案開始日時から予め設定された最適化期間分を対象として、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、在庫、入荷、購買、使用に関する制約、即ち需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した需給モデルを構築する需給モデル構築手段と、
   上記入力データ取込み手段により取込んだ入力データに基づいて、混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り、複数種類の配合原材料を混合して、混合後の原材料に要求される品質・性状に関する制約のうち、配合計画作成に影響が大きい重要な部分を数式で表した品質・性状モデルを構築する品質・性状モデル構築手段と、
   製造プロセス・搬送の需給バランス制約のうち、配合計画作成に影響がより小さく上記需給モデルには組込まない制約条件をも表現した製造プロセス・搬送を模擬するシミュレータと、
   配合計画作成に影響がより小さく上記品質・性状モデルには組込まない制約条件をも考慮して、各配合原材料混合後の品質・性状を計算する品質・性状シミュレータと、
   混合整数計画法又は２次計画法、或いはタブサーチ又は遺伝的アルゴリズムに則り構築された関数である目的関数を最大又は最小にして最適化処理を行なって、需給モデル及び品質・性状モデルに対する最適解を求めて、上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに対する計算指示を算出する計画手段としてコンピュータを機能させ、
   上記配合情報を入力データとして、上記計画手段は、まず、
   （ａ）立案開始日時から、予め設定された最適化期間分の計算指示の作成を行ない、
   （ｂ）上記シミュレータ及び上記品質・性状シミュレータに、上記計画手段が作成した計算指示を所与として、予め設定されたシミュレーション期間分だけのシミュレーションを実行させ、
   （ｃ）予め設定した計画確定期間分だけ上記シミュレーション結果を配合計画として確定し、
   （ｄ）上記配合計画を確定した直後の日時を新たな立案開始日時として設定し、
   既に確定した配合計画を所与として、新たな計画確定期間分の配合計画を確定する上記（ａ）〜（ｄ）の一連の処理を、計画作成期間分の配合計画が確定するまで繰り返して行なうことで、計画作成期間分の配合計画を作成することを特徴とするプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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