JP4653322B2 - 製造・搬送プロセスにおける処理計画作成方法及び装置、物流制御方法及び装置、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 - Google Patents
製造・搬送プロセスにおける処理計画作成方法及び装置、物流制御方法及び装置、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 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおける処理計画作成方法及び物流制御方法、これらを実現するための装置、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、及びコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼を始めとする多くの産業における製造・搬送プロセスでは、複数製品を異なる複数の工程で処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な条件で製造・搬送をしている。例えば、製鉄所において行われている原料ヤードから原料貯槽までの製銑原料の搬送工程は、異なる銘柄が入槽され、且つ異なる切出し速度で払出される複数槽に向け、複数銘柄が積みつけられた複数のヤードから槽に入槽されている銘柄に適合する山を選択し、使用できる複数のリクレーマの内で適切なリクレーマを選択し、リクレーマによって山からの切出し処理を行ない、切出した鉄鉱石は搬送可能な複数ベルトコンベア系列の内で適切なベルトコンベア系列を選択し、原料貯槽へ搬送し、原料貯槽に適切な開始時刻から終了時刻まで適切な入槽量を入槽処理する。更に、複数銘柄が複数ヤードに積みつけられており、しかも複数山に同一銘柄が積みつけられている場合もある。
【０００３】
このようなヤードから原料貯槽までの製銑原料生産計画を立てる際には、ヤード、リクレーマ、ベルトコンベア系列、原料貯槽の操業上の制約や原料物流工程に起因する制約などを考慮に入れる必要がある。すなわち、原料工場では、高炉操業及び焼結工場の操業安定化のために原料貯槽の荷切れは発生させてはならない。このために多数ある原料貯槽の在庫推移を絶えず監視し、常に気を配る必要がある。
【０００４】
また、原料貯槽の在庫レベルがある一定レベルを切ると槽に溜まっていた粒度の粗い鉄鉱石が一気に流出し、鉄鉱石の粒度安定阻害を起こしたり、焼結鉱の場合には、これを入槽する際に落下距離が大きくなるために微粉化が発生したりする。これらを防ぐために、原料貯槽在庫は高位安定であることが要求される。
【０００５】
さらに原料貯槽に入槽する銘柄毎に工程経路が異なるばかりか同一原料貯槽に入槽する場合にも工程経路が複数存在するため、設備の使用状況を判断し適切な工程経路を選択する必要がある。また、各工程・各設備での処理時間が異なることも考慮に入れる必要がある。
【０００６】
このような様々な制約の下で、１つの山から１つのリクレーマを使い、一つのベルトコンベア系列で搬送し、１つの原料貯槽に対して入槽するのであれば、単純に原料貯槽の在庫レベルが低くなれば運んでいけば良い。ところが、上述したような複数銘柄が複数ヤードに積みつけられ、且つ別山に同一銘柄が複数箇所に積みつけられており、複数原料貯槽に入槽するような操業条件では、全体の生産効率を向上させるためにも、どの原料貯槽にどういう順番でどのリクレーマ及びベルトコンベア系列を使用し、いつからいつまで入槽作業を行なうかを決定する必要が有り、高炉・焼結工場の操業を安定化するため在庫を確保し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現した原料ヤード操業計画をきちんと立てる必要がある。
【０００７】
以上のことより貯槽に原料を送り込む作業の計画立案は、複雑な知能労働であり、操業者の経験や知識が重要なものとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、複数製品を異なる複数の工程で処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造・搬送プロセスでは、操業者による計画立案方法によると、時々刻々と作業状況が変化する大規模なプロセスでは考慮すべき項目が多く、計算すべき項目も多いため、熟練操業者以外では情報の見落としや判断ミスなどのため計画立案が困難であった。
【０００９】
このような問題を解決するために、プロセス内における処理計画作成或いは物流制御の自動化が望まれ、現在種々の計画法が提案されている。例えば、上記原料ヤードの操業計画の作成に関しては、特開平３−２４３５０８号公報には、知識ベースに基づいたヤード計画に則した自動制御方法が提示されている。また、特開平３−２７９１２４号公報には、ヤード計画を中心とした搬送作業の競合解消方法が提示されている。また、特開平４−８９７０８号公報には、知識ベースに基づいた鉱石ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。また、特開平４−８９７０９号公報には、知識ベースに基づいた石炭ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。また、特開平６−２６３２３１号公報には、原料ヤードにおける受入・払出し・搬送設備の競合および接近競合を避け搬送能率を最大にする自動制御方法が提示されている。また、特開平１１−２３６１１６号公報には、混合整数計画法に基づいた原料搬送制御システムが提示されている。また、特開平１１−２３６１２９号公報には、ルールにより原料ヤードにおける受入・払出し・搬送設備の競合を避け、その結果を評価関数により評価し、評価値が悪い場合条件を変えることで搬送能率を最大にする自動制御方法が提示され、ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。
【００１０】
しかしながら、従来の方法においては、処理計画の最適性に関しては、熟練操業者の知識やノウハウを知識ベース或いはルールで解決しているものがほとんどであるため、最適解である保証がなかった。
【００１１】
また、上記製造・搬送プロセスでは、同一時刻に同一起点から複数の終点に、又は、同一時刻に同一設備・搬送路を介して複数の起点のそれぞれから複数の終点のそれぞれの工程を使用する或いは搬送する「競合」、及び同一起点から同一終点へ複数工程・搬送路があり、選択する必要がある「選択」が生じることがあるが、混合整数計画法を用いた公報の場合においても上記「選択」が考慮されておらず、上記「競合」と「選択」を同時に最適化する処理方法は各公報には見当たらない。
【００１２】
さらに、従来のＧＡ等の組合せ最適化手法により工程経路・搬送経路の全組合せを考慮するとしても、組合せ数が非常に多く求解までの時間が非常に長くなったり、また組合せ最適化手法では搬送開始及び終了時刻、設備使用開始及び終了時刻の最適化が行なえなくなったりするなどの問題もあった。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能なプロセスにおいて、「競合」及び「選択」が発生しうる場合においても、操業計画あるいは物流制御を高速に最適化できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の他の処理計画作成方法は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成方法であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行う点に特徴を有する。
【００１７】
本発明の他の処理計画作成装置は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成装置であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１８】
本発明の物流制御方法は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御方法であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行い、上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御する点に特徴を有する。
【００１９】
本発明の物流制御装置は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御装置であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備え、上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御する点に特徴を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。本実施形態では、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造プロセス例として、原料ヤードから複数の原料貯槽までの選択可能な搬送路を用いて、ヤード積みつけ銘柄、ヤード在庫量推移、鉄鉱石・焼結鉱切出し量、設備レイアウト等の原料物流制約の下で、高炉・焼結工場操業を安定化するため在庫を確保し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現した原料ヤード入槽計画の最適化問題を扱うものとする。ただし、これはあくまでも一実施例であり、本発明は、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造プロセスにおいて、多くの制約を守りつつ対象工程での操業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。
【００２１】
ここでの操業計画では、まず第１に、高炉・焼結工場の操業を安定化するための在庫を確保（在庫切れ防止）し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現することを目的する。
【００２２】
なお、原料貯槽毎に切出し量が異なり、且つ入槽を開始しようとする時点で入槽条件、例えば該当原料貯槽の在庫レベル等が異なるため、入槽すべき量を状況に応じて原料貯槽レベルが高位安定に成るように決める必要がある。
【００２３】
図１の原料ヤードの概要図に示すように、入槽すべき原料貯槽への搬送には複数のリクレーマとベルトコンベア系列の組が選択可能であり、リクレーマにより異なる切出し能力を持ち、且つ原料貯槽の多さに比べてリクレーマが少ないためリクレーマの取り合いが頻発し、また搬送路の選択自由度が大きいため、適切なリクレーマとベルトコンベア系列を適切に選択し、適切な時間稼動させる必要がある。
【００２４】
この制約の中で、全原料貯槽の在庫を確保し、且つ在庫レベル高位安定な原料ヤード操業計画を作成する際には、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽まで正確に決定する必要がある。
【００２５】
図２は、本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを示す図である。図３は、本実施形態による処理計画作成装置の構成を示す図である。図４は、本実施形態による処理計画作成装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２６】
最初に、図２を用いて本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを説明する。図２に示すように、原料ヤード入槽計画を作成する際には、まず、条件設定および取込み部３０で、計画を立案する上で必要となるヤード配置、原料貯槽切出し量等の制約条件、能力条件、前提条件を、操業者が設定するか或いはプロコン又はビジコンよりデータを取込む。
【００２７】
本実施形態の入槽計画作成部３１は、条件設定および取込み部３０により設定された様々な物流制約の下で、これら物流制約、能力条件等を満たすように原料ヤードの入槽計画、すなわち、入槽順、入槽開始・終了時刻、リクレーマ稼動開始・終了時刻及び払出し山・ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を求める。
【００２８】
この入槽計画作成部３１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）等の数理計画法又はタブサーチ、ＧＡ（genetic algorithms）等と数理計画法の組合わせと全搬送経路組合わせ構築機能の組合わせにより原料ヤードから原料貯槽まで処理順、処理時刻、使用すべき原料設備、搬送経路の最適化を図る。
【００２９】
処理計画作成部３１で求められた原料ヤード入槽計画（入槽順、入槽開始/終了時刻、リクレーマ稼動開始/終了時刻及び払出し山・ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽の情報）は表示部３２に与えられ、例えばガントチャート形式、原料貯槽在庫推移グラフ形式、或いは入槽時刻一覧等の帳票で表示される。
【００３０】
操業者評価部３３では、求められた入槽計画を様々な観点（例えば、在庫推移、リクレーマでの同一銘柄連続払出し性等）から操業者が評価し、満足のいく結果でなければ必要に応じて入槽順、入槽開始・終了時刻、払出し山、使用リクレーマ等を修正する。そして、入槽計画作成部３１でもう一度入槽計画を作成し直す。この際には、必要に応じて指定した処理のみ入槽時刻の固定や払出し山、使用リクレーマ指定等の固定ができるようにしておく。
【００３１】
次に、入槽計画作成部３１の構成、及び入槽計画作成部３１によって行われる処理について説明する。入槽計画作成部３１は、ヤード配置、工程経路、入槽銘柄等の設定条件、物流制約の下、各原料貯槽毎の在庫量と原料払出し速度から、各原料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原料貯槽を抽出し、原料貯槽在庫荷切れ回避、原料貯槽在庫レベル高位安定のために設定した所定の評価関数を最良にする入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を決定する。このとき、計画確定時刻は、入槽計画作成開始の時刻から２時間或いは３時間程度の適切な値とする。
【００３２】
上記で説明した入槽計画作成部３１の処理概要を、入槽計画作成部３１の構成を示す図（図３）、入槽計画作成部３１の処理内容を示すフローチャート（図４）、処理の概要を説明するために用いる原料ヤード製造プロセス（搬送）を規模縮小した簡単な事例を示す図（図５）、及び、この例を用いた場合の入槽計画作成部３１の内部での動作の詳細を示す図６〜１０を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図５に示す事例では、ヤード１にはそれぞれ鉄鉱石の銘柄Ａ，Ｂ，Ｃが積み付けられた山があり、ヤード２には銘柄Ｂが積み付けられた山がある。ヤード１の山の払出しにはリクレーマＮｏ．１が使用でき、ヤード２の山の払出しにはリクレーマＮｏ．２が使用できる。リクレーマＮｏ．１を使用した場合ベルトコンベア系列１、２、３、５のいずれかで鉄鉱石が搬送され、リクレーマＮｏ．２を使用した場合ベルトコンベア系列４、６のいずれかで鉄鉱石が搬送される。ベルトコンベア系列１で搬送された鉄鉱石は原料貯槽１に、系列２、４では原料貯槽２に、系列３では原料貯槽３に、系列５、６では原料貯槽４に夫々搬送される。原料貯槽１には銘柄Ａ、原料貯槽２には銘柄Ｂ、原料貯槽３には銘柄Ｃ、原料貯槽４には銘柄Ｂが入槽される必要がある。ここで、ヤードから払い出す銘柄と原料貯槽に入槽される銘柄は同一銘柄でなくてはならない。
【００３４】
（１）入力データ、初期値、条件設定（図３のデータ取り込み部３０１、図４のステップＳ２０１）
本処理に必要な情報（原料受入計画、原料ヤード計画、設備修理計画、原料ヤード現況、槽在庫現況、槽切出量現況、設備稼働・故障現況、及び操業者からの操業前提条件）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。
【００３５】
（２）製造又は搬送すべき製品群を検出（図３の検出部３０２、図４のステップＳ２０２）
図６に示すように、各原料貯槽毎の在庫量と原料払出し速度から、各原料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原料貯槽を抽出し、補給対象とすべき原料貯槽として抽出する。このとき、計画確定時刻は、入槽計画作成開始の時刻から２時間或いは３時間程度の適切な値とし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。また、補給レベルは、各原料貯槽毎に個別の値を設定できるものとし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。この補給レベルは適切な値として７０％程度とする。この例では、原料貯槽１、２、３が補給対象槽として抽出され、原料貯槽４は現時刻では補給が必要でないとみなされ補給対象槽から外される。
【００３６】
（３）各製品（抽出貯槽）の選択可能な全工程（搬送設備）を抽出（図３の抽出部３０３、図４のステップＳ２０３）
抽出された補給対象の原料貯槽に対して、図７（ａ）に示すように搬送経路を検索し、各貯槽の選択可能な全搬送経路を導く。各貯槽の選択可能な全搬送経路の抽出動作の詳細を以下に説明する。
【００３７】
まず、物流構造、ヤード・山配置、原料貯槽積み付け銘柄、ヤードで使用できるリクレーマ、リクレーマで使用可能なベルトコンベア系列、原料貯槽に入槽可能なベルトコンベア系列が記載された搬送経路検索用情報テーブル６１を図２の条件設定および取込み部３０より取込む。例えば、原料貯槽２の場合を例して、同図（ｂ）を参照して説明すれば、 Ｓ６１（step1）では原料貯槽２を搬送経路検索用情報テーブル６１の起点設備から検索する。次に、Ｓ６２（step2）では原料貯槽２に積み付けられている銘柄Ｂと一致する銘柄を工程経路検索用情報テーブル６１の山銘柄から検索する。Ｓ６３（step3）では検索した山銘柄に対応するヤード、リクレーマの組を検索する。ここでは（ヤード１、RR No.1）、（ヤード２、RR No.2）が使用可能であることが分かる。Ｓ６４（step4）では検索した起点設備の列と検索した山銘柄の交わる場所から使用可能なベルトコンベア系列を検索する。この場合、（ヤード１、RR No.1）を使用の場合は系列２、（ヤード２、RR No.2）を使用の場合は系列４が使用可能であることが分かる。以上より、原料貯槽２への搬送経路としては、（ヤード１、RR No.1、系列２）、（ヤード２、RR No.2、系列４）の２つの搬送経路を抽出する。
【００３８】
（４）全工程（搬送経路）の組合わせを構築（図３の構築部３０４、図４のステップＳ２０４）
全原料貯槽に対して、搬送経路の抽出が終了したら、ステップＳ６５（step5）に移り、補給対象となっている全原料貯槽に対して導かれた使用可能な搬送経路に関して、搬送経路の割付けパターンを構築する。この例題では、
原料貯槽１は（ヤード１、RR No.1、系列１）
原料貯槽２は（ヤード１、RR No.2、系列２）、（ヤード２、RR No.2、系列４）
原料貯槽３は（ヤード１、RR No.1、系列３）である。このため、搬送経路の全割付けパターンは、
割付けパターン１：（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード１、RR No.1、系列２）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）
割付けパターン２：（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード２、RR No.2、系列４）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）の２パターンが導出される。
【００３９】
（５）戦略に合わせ搬送経路組合せを選別（図３の選別部３０５、図４のステップＳ２０５）
次に、導出された搬送経路の全ての割付けパターンに対して、設定した戦略上で優位な割付けパターンを選別する。この例題では、戦略として同一RRで２つ以上の搬送作業の干渉が起こる割付けパターンは排除し、それ以外を選別するものとする。この場合、割付けパターン１ではRR No.1において原料貯槽１、２、３への３つの搬送作業の干渉が生じ、また割付けパターン２ではRR No.1において原料貯槽１、３への２つの搬送作業の干渉が生じるため、割付けパターン１、２とも排除される。このため選別される割付けパターンはない。
【００４０】
（６）戦略に合わせ搬送経路組合せを選別（図３の判断部３０６、図４のステップＳ２０６）
次に、選別された割付けパターン数が選別数の範囲内にあるかどうかを判定する。判定した結果が選別数の範囲内に入れば、図４のステップＳ２０８に、そうでないならステップＳ２０７の各処理に移る。この例題では、選別数として選別される割付けパターンが１つ以上あることとする。この場合選別された割付けパターンはないため選別数範囲内に入っていないので、ステップＳ２０７の処理に移る。
【００４１】
（７）戦略の変更（図３の再選別部３０７、図４のステップＳ２０７）
選別数範囲内に選別数が入らなかったため、戦略を変更する。この例題での戦略変更は、戦略として設定していた搬送作業の干渉数の制限数を１つづつ増やすロジックが入っているものとする。前回まで上記設定数は２であったため、今回は同一RRで３つ以上の搬送作業の干渉が起こる割付けパターンは排除する。この場合、割付けパターン１ではRR No.1において原料貯槽１、２、３への３つの搬送作業の干渉が生じるため、割付けパターン１は排除する。このため割付けパターン２のみが選別される。この場合、選別された割付けパターン数が選別数の範囲内にあるかどうかの判定では、割付けパターン２が選別されているため、選択数範囲内でありステップＳ２０８に移る。
【００４２】
（８）組合わせ毎に数式モデルに定式化（図３の数式モデル構築部３０８、図４のステップＳ２０８）
次に、選別された割付けパターン、ここでは割付けパターン２に対して設定条件、物流制約、物流状況に基づき数式モデルに定式化する。割付けパターンが複数個選別されている場合は、それぞれに応じて数式モデルに定式化する。
【００４３】
図８は物流モデル構築概念図であり、定式化の概念を説明する。図８に示すように、一つのJOB（一回の入槽作業開始から入槽作業終了までに発生するリクレーマ作業、搬送作業、入槽作業の一連の作業を一つのまとまりとして捉えたもの）内での工程間の制約を記述した工程間制約モデルと、JOB間での干渉をモデル化したJOB間制約モデルより構築される。
【００４４】
工程間制約モデルではリクレーマの稼動開始時刻、同終了時刻をそれぞれts、te、ベルトコンベア系列の搬送開始時刻、同終了時刻をそれぞれt_b_cs、t_bc e、入槽開始時刻、同終了時刻をそれぞれt_Rs、t_R eとすると、工程間には一定時間のずれ(l,m,n,pを定数とする)がある。この場合の制約は、下記の数１に示す式（１）〜（４）と表される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また、原料貯槽の入槽開始時の槽在庫レベルをR(ts) 、入槽終了時の槽在庫レベルをR(te)とすると、原料貯槽への入槽量及び切出し量が時間に関らず一定である場合の制約は、下記の数２に示す式（５）、（６）と表される。 ここで、a,b,c,dは時刻と槽在庫レベルの間の関係を表す定数である。
【００４７】
【数２】
【００４８】
また、入槽開始時刻は入槽終了時刻より早くないといけないので、下記の数３に示す式（７）と表される。
【００４９】
【数３】
【００５０】
さらに、R(ts)は、一般に操業管理の都合上ある最低レベルRsL（管理下限値）以上、R(te)はある最高レベルReU（管理上限値）以下である必要がある。この制約は、下記の数４に示す式（９）、（１０）と表される。
【００５１】
【数４】
【００５２】
JOB間制約モデルでは、割付けパターン２（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード２、RR No.2、系列４）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）の場合、原料貯槽１へ入槽するJOB（JOB１）と原料貯槽３へ入槽するJOB（JOB３）では、RR No.1をどちらも使用する必要があるが、この設備では時間が重なっての使用はできない（時間的な干渉）。JOB１のリクレーマＮｏ．１（RR No.1）稼動開始時刻をts1、稼動終了時刻をte1、JOB３のリクレーマＮｏ．１（RR No.1）稼動開始時刻をts3、稼動終了時刻をte3とすると、この場合の制約は、下記の数５に示す式（１１）、（１２）と表される。
【００５３】
【数５】
【００５４】
ここで上式（１１）、（１２）にJOB１の処理が行われる時刻とJOB２の処理が行なわれる時刻のずれ時間より十分大きな正の実数Ｍ及び０又は１の整数変数Ｉを導入すると、（１１）、（１２）は場合分けを必要としない下記の数６に示す式（１３）、（１４）で表現することが可能となる。
【００５５】
【数６】
【００５６】
さらに、これらの式を変形すると、物流モデルは、下記の数７に示す式（１５）〜（１７）という簡単な線形式及び整数制約式として数式モデルが構築できる。なお、Xは各設備の稼動開始・終了時刻、原料貯槽在庫、及び整数変数Iを行列表現したもの、Ａ，Ｂは所定の行列式、Xmin及びXmaxはそれぞれ各設備の稼動開始最早時刻及び最遅時刻および原料貯槽在庫レベルの下限レベル及び上限レベルを行列表現したもの、式（１７）に対応する整数制約となるXの要素はI（IはXの部分集合）である。
【００５７】
【数７】
【００５８】
（９）各数式モデルを評価関数に基づいて最適化（図３の最適化演算部３０９、図４のステップＳ２０９）
上記構築された線形及び整数制約式で成る数式モデル式のそれぞれに対して、原料貯槽の入槽を開始するレベル又は時刻、及び入槽を終了するレベル又は時刻を変数として含む線形または２次形式として表現された評価関数に基づきＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法またはタブサーチ、ＧＡ等と数理計画法の組合わせ方法により最適化問題として問題を解くことにより、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を計算する。
【００５９】
例えば、上記最適化計算において、準最適な解を形成するレベルで良い場合は、ＧＡを用い、各JOBの整数変数Iを遺伝子として形成し、ＧＡにより形成されたIは決定された値として後はＬＰ問題として解くことが出来る。また、最適解を得ることが望まれるレベルである場合は、混合整数計画問題として解く。
【００６０】
ここで、評価関数に関して線形式を用いた場合の例（図９）を示す。本例では、在庫レベルの高位安定をその目的としていたので、目標評価関数は、操業者が指定した入槽開始目標レベルRsr、入槽終了目標レベルRerの各々に入槽開始レベルR(ts)、入槽終了レベルR(te)が近い程良い値を得る関数とする。図９に示した評価関数を式で表わすと、下記の数８に示す式（１８）〜（２０）を得る。
【００６１】
【数８】
【００６２】
上式の評価関数を線形化するために、下記の数９に示す式（２１）、（２２）のように入槽開始レベル、入槽終了レベルをそれぞれの目標レベルの前後で２つに変数に分割する。
【００６３】
【数９】
【００６４】
上式を用いると、評価関数は、下記の数１０に示す式（２３）のように線形式となる。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
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、各数式モデル毎に最適解が得られる。
【００６７】
（１０）最適結果の内一番良い評価値を示す組合わせを抽出（図３の決定部３１０、図４のステップＳ２１０、Ｓ２１１）
以上により各数式モデル毎に最適解が得られるが、これら最適解の評価値を比較し、最も評価値の値が良い解を選ぶ。これにより、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽の搬送経路も同時に決定できる。
【００６８】
この動作の詳細を図１０に従って説明する。ここでは、入槽開始目標レベルを１０％、入槽終了目標レベルを９０％、評価関数の傾きは全て１とし、入槽開始目標レベル、入槽終了目標レベルと実際の入槽開始レベルと入槽終了レベルの差が小さい程良いとした評価関数を用いているとする。この場合、入槽開始・終了レベルと目標レベルとの差の全原料貯槽の合計値（各原料貯槽毎に別重みを付けても良い）は割付けパターン２に対して８である。評価値が最も少ない割付けパターン２が選択される。ここで、選別された割付けパターンが複数ある場合は、それぞれの割付けパターンに対する評価値を比較し、最も評価値の良い割付けパターンを選択する。この結果、槽１はヤード１から払出しを行ない、RR No.1稼動開始時刻は１７分、稼動終了時刻は４７分、ベルトコンベア系列１搬送開始時刻は２２分、搬送終了時刻は５２分、入槽開始時刻は２７分、入槽終了時刻は５７分であり、槽２はヤード２から払出しを行ない、RR No.2稼動開始時刻は１８分、稼動終了時刻は４８分、ベルトコンベア系列４搬送開始時刻は２２分、搬送終了時刻は５２分、入槽開始時刻は２７分、入槽終了時刻は５７分であり、槽３はヤード１から払出しを行ない、RR No.1稼動開始時刻は４１分、稼動終了時刻は６５分、ベルトコンベア系列３搬送開始時刻は４１分、搬送終了時刻は６５分、入槽開始時刻は５１分、入槽終了時刻は７５分が最適であると決定される。
【００６９】
なお、以上述べた実施形態では、本発明を入槽計画作成装置に適用する場合について説明したが、原料物流制御装置に適用することも可能である。この場合は、作成した入槽計画に基づいて実プラントの制御装置等に指示を与える。このようにすれば、実プラントは、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽に従って原料ヤード操業を実行する。
【００７０】
このように一つないし複数のJOBが実施されると、実プラントにおける現在の物流状態が変化するので、その情報をある一定時間間隔で取り出し、条件設定および取込み部３０に供給する。入槽計画作成部３１では、入力データ、初期値、条件設定機能（図４のステップＳ２０１）により、入力データ取込み、初期値設定、条件設定を行なう。補給レベルを切る貯槽を抽出し、抽出された補給対象の原料貯槽に対して搬送経路割付けパターン抽出機能（図４のステップＳ２０３）により搬送経路を抽出し、搬送経路として選択可能な全割付けせパターンを導く。ここで、得られた搬送経路の全割付けパターンに対して、あらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する。選別された搬送経路の割付けパターンに対して、与えられた現在の物流状態や物流制約を基にして線形式及び整数制約式でなる数式モデルをそれぞれ構築する。各数式モデルは、評価関数に基づいて最適化問題として解かれる。最適化結果の内で一番良い評価値を示す組合わせ（割付けパターン）を抽出し、最終結果とすることで、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽が決定される。この結果に基づいて原料物流を制御することで最適に原料物流の制御が実行される。
【００７１】
なお、上述の入槽計画作成部３１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）など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。また、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自身、或いは、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憶媒体は本発明の範疇に含まれる。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて、設備・搬送の「競合」および「選択」が生じる場合においても、与えられた上工程及び下工程での操業制約の下で、対象工程の操業計画にマッチした対象工程の操業計画あるいは物流制御を高速に最適化できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原料ヤード製造プロセス（搬送）の概要図である
【図２】本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを示す図である。
【図３】入槽計画作成部３１の構成を示す図である。
【図４】処理計画作成部３１での処理内容を示すフローチャートである。
【図５】入槽計画作成部３１の処理概要を処理の概要を説明するために用いる原料ヤード製造プロセス（搬送）を規模縮小した簡単な例を示すための図である。
【図６】原料貯槽在庫予測推移を説明するための図である。
【図７】工程経路割付けパターン検索を説明するための図と検索方法を示すフローチャートである。
【図８】物流制約を線形式及び整数制約で表した内容を説明するための図である。
【図９】評価関数の一例を説明するための図である。
【図１０】工程割付けパターン毎に構築された物流モデルから最適なものを抽出する方法の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
３０ 条件設定および取込み部
３１ 入槽計画作成部
３２ ガントチャート表示・原料貯槽在庫推移グラフ表示部
３３ 操業者評価部
３４ プロコン
３５ ビジコン
３０１ データ取り込み部
３０２ 検出部
３０３ 抽出部
３０４ 構築部
３０５ 選別部
３０６ 判断部
３０７ 再選別部
３０８ 数式モデル構築部
３０９ 最適化演算部
３１０ 決定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおける処理計画作成方法及び物流制御方法、これらを実現するための装置、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、及びコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼を始めとする多くの産業における製造・搬送プロセスでは、複数製品を異なる複数の工程で処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な条件で製造・搬送をしている。例えば、製鉄所において行われている原料ヤードから原料貯槽までの製銑原料の搬送工程は、異なる銘柄が入槽され、且つ異なる切出し速度で払出される複数槽に向け、複数銘柄が積みつけられた複数のヤードから槽に入槽されている銘柄に適合する山を選択し、使用できる複数のリクレーマの内で適切なリクレーマを選択し、リクレーマによって山からの切出し処理を行ない、切出した鉄鉱石は搬送可能な複数ベルトコンベア系列の内で適切なベルトコンベア系列を選択し、原料貯槽へ搬送し、原料貯槽に適切な開始時刻から終了時刻まで適切な入槽量を入槽処理する。更に、複数銘柄が複数ヤードに積みつけられており、しかも複数山に同一銘柄が積みつけられている場合もある。
【０００３】
このようなヤードから原料貯槽までの製銑原料生産計画を立てる際には、ヤード、リクレーマ、ベルトコンベア系列、原料貯槽の操業上の制約や原料物流工程に起因する制約などを考慮に入れる必要がある。すなわち、原料工場では、高炉操業及び焼結工場の操業安定化のために原料貯槽の荷切れは発生させてはならない。このために多数ある原料貯槽の在庫推移を絶えず監視し、常に気を配る必要がある。
【０００４】
また、原料貯槽の在庫レベルがある一定レベルを切ると槽に溜まっていた粒度の粗い鉄鉱石が一気に流出し、鉄鉱石の粒度安定阻害を起こしたり、焼結鉱の場合には、これを入槽する際に落下距離が大きくなるために微粉化が発生したりする。これらを防ぐために、原料貯槽在庫は高位安定であることが要求される。
【０００５】
さらに原料貯槽に入槽する銘柄毎に工程経路が異なるばかりか同一原料貯槽に入槽する場合にも工程経路が複数存在するため、設備の使用状況を判断し適切な工程経路を選択する必要がある。また、各工程・各設備での処理時間が異なることも考慮に入れる必要がある。
【０００６】
このような様々な制約の下で、１つの山から１つのリクレーマを使い、一つのベルトコンベア系列で搬送し、１つの原料貯槽に対して入槽するのであれば、単純に原料貯槽の在庫レベルが低くなれば運んでいけば良い。ところが、上述したような複数銘柄が複数ヤードに積みつけられ、且つ別山に同一銘柄が複数箇所に積みつけられており、複数原料貯槽に入槽するような操業条件では、全体の生産効率を向上させるためにも、どの原料貯槽にどういう順番でどのリクレーマ及びベルトコンベア系列を使用し、いつからいつまで入槽作業を行なうかを決定する必要が有り、高炉・焼結工場の操業を安定化するため在庫を確保し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現した原料ヤード操業計画をきちんと立てる必要がある。
【０００７】
以上のことより貯槽に原料を送り込む作業の計画立案は、複雑な知能労働であり、操業者の経験や知識が重要なものとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、複数製品を異なる複数の工程で処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造・搬送プロセスでは、操業者による計画立案方法によると、時々刻々と作業状況が変化する大規模なプロセスでは考慮すべき項目が多く、計算すべき項目も多いため、熟練操業者以外では情報の見落としや判断ミスなどのため計画立案が困難であった。
【０００９】
このような問題を解決するために、プロセス内における処理計画作成或いは物流制御の自動化が望まれ、現在種々の計画法が提案されている。例えば、上記原料ヤードの操業計画の作成に関しては、特開平３−２４３５０８号公報には、知識ベースに基づいたヤード計画に則した自動制御方法が提示されている。また、特開平３−２７９１２４号公報には、ヤード計画を中心とした搬送作業の競合解消方法が提示されている。また、特開平４−８９７０８号公報には、知識ベースに基づいた鉱石ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。また、特開平４−８９７０９号公報には、知識ベースに基づいた石炭ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。また、特開平６−２６３２３１号公報には、原料ヤードにおける受入・払出し・搬送設備の競合および接近競合を避け搬送能率を最大にする自動制御方法が提示されている。また、特開平１１−２３６１１６号公報には、混合整数計画法に基づいた原料搬送制御システムが提示されている。また、特開平１１−２３６１２９号公報には、ルールにより原料ヤードにおける受入・払出し・搬送設備の競合を避け、その結果を評価関数により評価し、評価値が悪い場合条件を変えることで搬送能率を最大にする自動制御方法が提示され、ヤードの搬送効率を最大化するような自動制御方法が提示されている。
【００１０】
しかしながら、従来の方法においては、処理計画の最適性に関しては、熟練操業者の知識やノウハウを知識ベース或いはルールで解決しているものがほとんどであるため、最適解である保証がなかった。
【００１１】
また、上記製造・搬送プロセスでは、同一時刻に同一起点から複数の終点に、又は、同一時刻に同一設備・搬送路を介して複数の起点のそれぞれから複数の終点のそれぞれの工程を使用する或いは搬送する「競合」、及び同一起点から同一終点へ複数工程・搬送路があり、選択する必要がある「選択」が生じることがあるが、混合整数計画法を用いた公報の場合においても上記「選択」が考慮されておらず、上記「競合」と「選択」を同時に最適化する処理方法は各公報には見当たらない。
【００１２】
さらに、従来のＧＡ等の組合せ最適化手法により工程経路・搬送経路の全組合せを考慮するとしても、組合せ数が非常に多く求解までの時間が非常に長くなったり、また組合せ最適化手法では搬送開始及び終了時刻、設備使用開始及び終了時刻の最適化が行なえなくなったりするなどの問題もあった。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能なプロセスにおいて、「競合」及び「選択」が発生しうる場合においても、操業計画あるいは物流制御を高速に最適化できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の他の処理計画作成方法は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成方法であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行う点に特徴を有する。
【００１７】
本発明の他の処理計画作成装置は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成装置であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備えた点に特徴を有する。
【００１８】
本発明の物流制御方法は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御方法であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行い、上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御する点に特徴を有する。
【００１９】
本発明の物流制御装置は、異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御装置であって、製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備え、上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御する点に特徴を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。本実施形態では、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造プロセス例として、原料ヤードから複数の原料貯槽までの選択可能な搬送路を用いて、ヤード積みつけ銘柄、ヤード在庫量推移、鉄鉱石・焼結鉱切出し量、設備レイアウト等の原料物流制約の下で、高炉・焼結工場操業を安定化するため在庫を確保し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現した原料ヤード入槽計画の最適化問題を扱うものとする。ただし、これはあくまでも一実施例であり、本発明は、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造プロセスにおいて、多くの制約を守りつつ対象工程での操業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。
【００２１】
ここでの操業計画では、まず第１に、高炉・焼結工場の操業を安定化するための在庫を確保（在庫切れ防止）し、鉄鉱石粒度を安定化し、焼結鉱の微粉化を防止するため在庫レベル高位安定化を実現することを目的する。
【００２２】
なお、原料貯槽毎に切出し量が異なり、且つ入槽を開始しようとする時点で入槽条件、例えば該当原料貯槽の在庫レベル等が異なるため、入槽すべき量を状況に応じて原料貯槽レベルが高位安定に成るように決める必要がある。
【００２３】
図１の原料ヤードの概要図に示すように、入槽すべき原料貯槽への搬送には複数のリクレーマとベルトコンベア系列の組が選択可能であり、リクレーマにより異なる切出し能力を持ち、且つ原料貯槽の多さに比べてリクレーマが少ないためリクレーマの取り合いが頻発し、また搬送路の選択自由度が大きいため、適切なリクレーマとベルトコンベア系列を適切に選択し、適切な時間稼動させる必要がある。
【００２４】
この制約の中で、全原料貯槽の在庫を確保し、且つ在庫レベル高位安定な原料ヤード操業計画を作成する際には、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと、払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽まで正確に決定する必要がある。
【００２５】
図２は、本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを示す図である。図３は、本実施形態による処理計画作成装置の構成を示す図である。図４は、本実施形態による処理計画作成装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００２６】
最初に、図２を用いて本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを説明する。図２に示すように、原料ヤード入槽計画を作成する際には、まず、条件設定および取込み部３０で、計画を立案する上で必要となるヤード配置、原料貯槽切出し量等の制約条件、能力条件、前提条件を、操業者が設定するか或いはプロコン又はビジコンよりデータを取込む。
【００２７】
本実施形態の入槽計画作成部３１は、条件設定および取込み部３０により設定された様々な物流制約の下で、これら物流制約、能力条件等を満たすように原料ヤードの入槽計画、すなわち、入槽順、入槽開始・終了時刻、リクレーマ稼動開始・終了時刻及び払出し山・ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を求める。
【００２８】
この入槽計画作成部３１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）等の数理計画法又はタブサーチ、ＧＡ（genetic algorithms）等と数理計画法の組合わせと全搬送経路組合わせ構築機能の組合わせにより原料ヤードから原料貯槽まで処理順、処理時刻、使用すべき原料設備、搬送経路の最適化を図る。
【００２９】
処理計画作成部３１で求められた原料ヤード入槽計画（入槽順、入槽開始/終了時刻、リクレーマ稼動開始/終了時刻及び払出し山・ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽の情報）は表示部３２に与えられ、例えばガントチャート形式、原料貯槽在庫推移グラフ形式、或いは入槽時刻一覧等の帳票で表示される。
【００３０】
操業者評価部３３では、求められた入槽計画を様々な観点（例えば、在庫推移、リクレーマでの同一銘柄連続払出し性等）から操業者が評価し、満足のいく結果でなければ必要に応じて入槽順、入槽開始・終了時刻、払出し山、使用リクレーマ等を修正する。そして、入槽計画作成部３１でもう一度入槽計画を作成し直す。この際には、必要に応じて指定した処理のみ入槽時刻の固定や払出し山、使用リクレーマ指定等の固定ができるようにしておく。
【００３１】
次に、入槽計画作成部３１の構成、及び入槽計画作成部３１によって行われる処理について説明する。入槽計画作成部３１は、ヤード配置、工程経路、入槽銘柄等の設定条件、物流制約の下、各原料貯槽毎の在庫量と原料払出し速度から、各原料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原料貯槽を抽出し、原料貯槽在庫荷切れ回避、原料貯槽在庫レベル高位安定のために設定した所定の評価関数を最良にする入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を決定する。このとき、計画確定時刻は、入槽計画作成開始の時刻から２時間或いは３時間程度の適切な値とする。
【００３２】
上記で説明した入槽計画作成部３１の処理概要を、入槽計画作成部３１の構成を示す図（図３）、入槽計画作成部３１の処理内容を示すフローチャート（図４）、処理の概要を説明するために用いる原料ヤード製造プロセス（搬送）を規模縮小した簡単な事例を示す図（図５）、及び、この例を用いた場合の入槽計画作成部３１の内部での動作の詳細を示す図６〜１０を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図５に示す事例では、ヤード１にはそれぞれ鉄鉱石の銘柄Ａ，Ｂ，Ｃが積み付けられた山があり、ヤード２には銘柄Ｂが積み付けられた山がある。ヤード１の山の払出しにはリクレーマＮｏ．１が使用でき、ヤード２の山の払出しにはリクレーマＮｏ．２が使用できる。リクレーマＮｏ．１を使用した場合ベルトコンベア系列１、２、３、５のいずれかで鉄鉱石が搬送され、リクレーマＮｏ．２を使用した場合ベルトコンベア系列４、６のいずれかで鉄鉱石が搬送される。ベルトコンベア系列１で搬送された鉄鉱石は原料貯槽１に、系列２、４では原料貯槽２に、系列３では原料貯槽３に、系列５、６では原料貯槽４に夫々搬送される。原料貯槽１には銘柄Ａ、原料貯槽２には銘柄Ｂ、原料貯槽３には銘柄Ｃ、原料貯槽４には銘柄Ｂが入槽される必要がある。ここで、ヤードから払い出す銘柄と原料貯槽に入槽される銘柄は同一銘柄でなくてはならない。
【００３４】
（１）入力データ、初期値、条件設定（図３のデータ取り込み部３０１、図４のステップＳ２０１）
本処理に必要な情報（原料受入計画、原料ヤード計画、設備修理計画、原料ヤード現況、槽在庫現況、槽切出量現況、設備稼働・故障現況、及び操業者からの操業前提条件）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。
【００３５】
（２）製造又は搬送すべき製品群を検出（図３の検出部３０２、図４のステップＳ２０２）
図６に示すように、各原料貯槽毎の在庫量と原料払出し速度から、各原料貯槽毎の槽在庫推移を計算し、計画確定時刻までに在庫量が所定の補給レベルを切る原料貯槽を抽出し、補給対象とすべき原料貯槽として抽出する。このとき、計画確定時刻は、入槽計画作成開始の時刻から２時間或いは３時間程度の適切な値とし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。また、補給レベルは、各原料貯槽毎に個別の値を設定できるものとし、必要に応じてステップＳ２０１で変更が可能であるものとする。この補給レベルは適切な値として７０％程度とする。この例では、原料貯槽１、２、３が補給対象槽として抽出され、原料貯槽４は現時刻では補給が必要でないとみなされ補給対象槽から外される。
【００３６】
（３）各製品（抽出貯槽）の選択可能な全工程（搬送設備）を抽出（図３の抽出部３０３、図４のステップＳ２０３）
抽出された補給対象の原料貯槽に対して、図７（ａ）に示すように搬送経路を検索し、各貯槽の選択可能な全搬送経路を導く。各貯槽の選択可能な全搬送経路の抽出動作の詳細を以下に説明する。
【００３７】
まず、物流構造、ヤード・山配置、原料貯槽積み付け銘柄、ヤードで使用できるリクレーマ、リクレーマで使用可能なベルトコンベア系列、原料貯槽に入槽可能なベルトコンベア系列が記載された搬送経路検索用情報テーブル６１を図２の条件設定および取込み部３０より取込む。例えば、原料貯槽２の場合を例して、同図（ｂ）を参照して説明すれば、 Ｓ６１（step1）では原料貯槽２を搬送経路検索用情報テーブル６１の起点設備から検索する。次に、Ｓ６２（step2）では原料貯槽２に積み付けられている銘柄Ｂと一致する銘柄を工程経路検索用情報テーブル６１の山銘柄から検索する。Ｓ６３（step3）では検索した山銘柄に対応するヤード、リクレーマの組を検索する。ここでは（ヤード１、RR No.1）、（ヤード２、RR No.2）が使用可能であることが分かる。Ｓ６４（step4）では検索した起点設備の列と検索した山銘柄の交わる場所から使用可能なベルトコンベア系列を検索する。この場合、（ヤード１、RR No.1）を使用の場合は系列２、（ヤード２、RR No.2）を使用の場合は系列４が使用可能であることが分かる。以上より、原料貯槽２への搬送経路としては、（ヤード１、RR No.1、系列２）、（ヤード２、RR No.2、系列４）の２つの搬送経路を抽出する。
【００３８】
（４）全工程（搬送経路）の組合わせを構築（図３の構築部３０４、図４のステップＳ２０４）
全原料貯槽に対して、搬送経路の抽出が終了したら、ステップＳ６５（step5）に移り、補給対象となっている全原料貯槽に対して導かれた使用可能な搬送経路に関して、搬送経路の割付けパターンを構築する。この例題では、
原料貯槽１は（ヤード１、RR No.1、系列１）
原料貯槽２は（ヤード１、RR No.2、系列２）、（ヤード２、RR No.2、系列４）
原料貯槽３は（ヤード１、RR No.1、系列３）である。このため、搬送経路の全割付けパターンは、
割付けパターン１：（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード１、RR No.1、系列２）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）
割付けパターン２：（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード２、RR No.2、系列４）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）の２パターンが導出される。
【００３９】
（５）戦略に合わせ搬送経路組合せを選別（図３の選別部３０５、図４のステップＳ２０５）
次に、導出された搬送経路の全ての割付けパターンに対して、設定した戦略上で優位な割付けパターンを選別する。この例題では、戦略として同一RRで２つ以上の搬送作業の干渉が起こる割付けパターンは排除し、それ以外を選別するものとする。この場合、割付けパターン１ではRR No.1において原料貯槽１、２、３への３つの搬送作業の干渉が生じ、また割付けパターン２ではRR No.1において原料貯槽１、３への２つの搬送作業の干渉が生じるため、割付けパターン１、２とも排除される。このため選別される割付けパターンはない。
【００４０】
（６）戦略に合わせ搬送経路組合せを選別（図３の判断部３０６、図４のステップＳ２０６）
次に、選別された割付けパターン数が選別数の範囲内にあるかどうかを判定する。判定した結果が選別数の範囲内に入れば、図４のステップＳ２０８に、そうでないならステップＳ２０７の各処理に移る。この例題では、選別数として選別される割付けパターンが１つ以上あることとする。この場合選別された割付けパターンはないため選別数範囲内に入っていないので、ステップＳ２０７の処理に移る。
【００４１】
（７）戦略の変更（図３の再選別部３０７、図４のステップＳ２０７）
選別数範囲内に選別数が入らなかったため、戦略を変更する。この例題での戦略変更は、戦略として設定していた搬送作業の干渉数の制限数を１つづつ増やすロジックが入っているものとする。前回まで上記設定数は２であったため、今回は同一RRで３つ以上の搬送作業の干渉が起こる割付けパターンは排除する。この場合、割付けパターン１ではRR No.1において原料貯槽１、２、３への３つの搬送作業の干渉が生じるため、割付けパターン１は排除する。このため割付けパターン２のみが選別される。この場合、選別された割付けパターン数が選別数の範囲内にあるかどうかの判定では、割付けパターン２が選別されているため、選択数範囲内でありステップＳ２０８に移る。
【００４２】
（８）組合わせ毎に数式モデルに定式化（図３の数式モデル構築部３０８、図４のステップＳ２０８）
次に、選別された割付けパターン、ここでは割付けパターン２に対して設定条件、物流制約、物流状況に基づき数式モデルに定式化する。割付けパターンが複数個選別されている場合は、それぞれに応じて数式モデルに定式化する。
【００４３】
図８は物流モデル構築概念図であり、定式化の概念を説明する。図８に示すように、一つのJOB（一回の入槽作業開始から入槽作業終了までに発生するリクレーマ作業、搬送作業、入槽作業の一連の作業を一つのまとまりとして捉えたもの）内での工程間の制約を記述した工程間制約モデルと、JOB間での干渉をモデル化したJOB間制約モデルより構築される。
【００４４】
工程間制約モデルではリクレーマの稼動開始時刻、同終了時刻をそれぞれts、te、ベルトコンベア系列の搬送開始時刻、同終了時刻をそれぞれt_b_cs、t_bc e、入槽開始時刻、同終了時刻をそれぞれt_Rs、t_R eとすると、工程間には一定時間のずれ(l,m,n,pを定数とする)がある。この場合の制約は、下記の数１に示す式（１）〜（４）と表される。
【００４５】
【数１】
また、原料貯槽の入槽開始時の槽在庫レベルをR(ts) 、入槽終了時の槽在庫レベルをR(te)とすると、原料貯槽への入槽量及び切出し量が時間に関らず一定である場合の制約は、下記の数２に示す式（５）、（６）と表される。 ここで、a,b,c,dは時刻と槽在庫レベルの間の関係を表す定数である。
【００４７】
【数２】
また、入槽開始時刻は入槽終了時刻より早くないといけないので、下記の数３に示す式（７）と表される。
【００４９】
【数３】
さらに、R(ts)は、一般に操業管理の都合上ある最低レベルRsL（管理下限値）以上、R(te)はある最高レベルReU（管理上限値）以下である必要がある。この制約は、下記の数４に示す式（９）、（１０）と表される。
【００５１】
【数４】
JOB間制約モデルでは、割付けパターン２（原料貯槽１、ヤード１、RR No.1、系列１）、（原料貯槽２、ヤード２、RR No.2、系列４）、（原料貯槽３、ヤード１、RR No.1、系列３）の場合、原料貯槽１へ入槽するJOB（JOB１）と原料貯槽３へ入槽するJOB（JOB３）では、RR No.1をどちらも使用する必要があるが、この設備では時間が重なっての使用はできない（時間的な干渉）。JOB１のリクレーマＮｏ．１（RR No.1）稼動開始時刻をts1、稼動終了時刻をte1、JOB３のリクレーマＮｏ．１（RR No.1）稼動開始時刻をts3、稼動終了時刻をte3とすると、この場合の制約は、下記の数５に示す式（１１）、（１２）と表される。
【００５３】
【数５】
ここで上式（１１）、（１２）にJOB１の処理が行われる時刻とJOB２の処理が行なわれる時刻のずれ時間より十分大きな正の実数Ｍ及び０又は１の整数変数Ｉを導入すると、（１１）、（１２）は場合分けを必要としない下記の数６に示す式（１３）、（１４）で表現することが可能となる。
【００５５】
【数６】
さらに、これらの式を変形すると、物流モデルは、下記の数７に示す式（１５）〜（１７）という簡単な線形式及び整数制約式として数式モデルが構築できる。なお、Xは各設備の稼動開始・終了時刻、原料貯槽在庫、及び整数変数Iを行列表現したもの、Ａ，Ｂは所定の行列式、Xmin及びXmaxはそれぞれ各設備の稼動開始最早時刻及び最遅時刻および原料貯槽在庫レベルの下限レベル及び上限レベルを行列表現したもの、式（１７）に対応する整数制約となるXの要素はI（IはXの部分集合）である。
【００５７】
【数７】
（９）各数式モデルを評価関数に基づいて最適化（図３の最適化演算部３０９、図４のステップＳ２０９）
上記構築された線形及び整数制約式で成る数式モデル式のそれぞれに対して、原料貯槽の入槽を開始するレベル又は時刻、及び入槽を終了するレベル又は時刻を変数として含む線形または２次形式として表現された評価関数に基づきＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法またはタブサーチ、ＧＡ等と数理計画法の組合わせ方法により最適化問題として問題を解くことにより、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽を計算する。
【００５９】
例えば、上記最適化計算において、準最適な解を形成するレベルで良い場合は、ＧＡを用い、各JOBの整数変数Iを遺伝子として形成し、ＧＡにより形成されたIは決定された値として後はＬＰ問題として解くことが出来る。また、最適解を得ることが望まれるレベルである場合は、混合整数計画問題として解く。
【００６０】
ここで、評価関数に関して線形式を用いた場合の例（図９）を示す。本例では、在庫レベルの高位安定をその目的としていたので、目標評価関数は、操業者が指定した入槽開始目標レベルRsr、入槽終了目標レベルRerの各々に入槽開始レベルR(ts)、入槽終了レベルR(te)が近い程良い値を得る関数とする。図９に示した評価関数を式で表わすと、下記の数８に示す式（１８）〜（２０）を得る。
【００６１】
【数８】
上式の評価関数を線形化するために、下記の数９に示す式（２１）、（２２）のように入槽開始レベル、入槽終了レベルをそれぞれの目標レベルの前後で２つに変数に分割する。
【００６３】
【数９】
上式を用いると、評価関数は、下記の数１０に示す式（２３）のように線形式となる。
【００６５】
【数１０】
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、各数式モデル毎に最適解が得られる。
【００６７】
（１０）最適結果の内一番良い評価値を示す組合わせを抽出（図３の決定部３１０、図４のステップＳ２１０、Ｓ２１１）
以上により各数式モデル毎に最適解が得られるが、これら最適解の評価値を比較し、最も評価値の値が良い解を選ぶ。これにより、入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽の搬送経路も同時に決定できる。
【００６８】
この動作の詳細を図１０に従って説明する。ここでは、入槽開始目標レベルを１０％、入槽終了目標レベルを９０％、評価関数の傾きは全て１とし、入槽開始目標レベル、入槽終了目標レベルと実際の入槽開始レベルと入槽終了レベルの差が小さい程良いとした評価関数を用いているとする。この場合、入槽開始・終了レベルと目標レベルとの差の全原料貯槽の合計値（各原料貯槽毎に別重みを付けても良い）は割付けパターン２に対して８である。評価値が最も少ない割付けパターン２が選択される。ここで、選別された割付けパターンが複数ある場合は、それぞれの割付けパターンに対する評価値を比較し、最も評価値の良い割付けパターンを選択する。この結果、槽１はヤード１から払出しを行ない、RR No.1稼動開始時刻は１７分、稼動終了時刻は４７分、ベルトコンベア系列１搬送開始時刻は２２分、搬送終了時刻は５２分、入槽開始時刻は２７分、入槽終了時刻は５７分であり、槽２はヤード２から払出しを行ない、RR No.2稼動開始時刻は１８分、稼動終了時刻は４８分、ベルトコンベア系列４搬送開始時刻は２２分、搬送終了時刻は５２分、入槽開始時刻は２７分、入槽終了時刻は５７分であり、槽３はヤード１から払出しを行ない、RR No.1稼動開始時刻は４１分、稼動終了時刻は６５分、ベルトコンベア系列３搬送開始時刻は４１分、搬送終了時刻は６５分、入槽開始時刻は５１分、入槽終了時刻は７５分が最適であると決定される。
【００６９】
なお、以上述べた実施形態では、本発明を入槽計画作成装置に適用する場合について説明したが、原料物流制御装置に適用することも可能である。この場合は、作成した入槽計画に基づいて実プラントの制御装置等に指示を与える。このようにすれば、実プラントは、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽に従って原料ヤード操業を実行する。
【００７０】
このように一つないし複数のJOBが実施されると、実プラントにおける現在の物流状態が変化するので、その情報をある一定時間間隔で取り出し、条件設定および取込み部３０に供給する。入槽計画作成部３１では、入力データ、初期値、条件設定機能（図４のステップＳ２０１）により、入力データ取込み、初期値設定、条件設定を行なう。補給レベルを切る貯槽を抽出し、抽出された補給対象の原料貯槽に対して搬送経路割付けパターン抽出機能（図４のステップＳ２０３）により搬送経路を抽出し、搬送経路として選択可能な全割付けせパターンを導く。ここで、得られた搬送経路の全割付けパターンに対して、あらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する。選別された搬送経路の割付けパターンに対して、与えられた現在の物流状態や物流制約を基にして線形式及び整数制約式でなる数式モデルをそれぞれ構築する。各数式モデルは、評価関数に基づいて最適化問題として解かれる。最適化結果の内で一番良い評価値を示す組合わせ（割付けパターン）を抽出し、最終結果とすることで、最適な入槽順、入槽開始及び終了時刻、入槽量、リクレーマ稼動開始時刻、リクレーマ稼動終了時刻は勿論のこと払出し山、ヤード、使用リクレーマ、搬送ベルトコンベア系列、入槽原料貯槽が決定される。この結果に基づいて原料物流を制御することで最適に原料物流の制御が実行される。
【００７１】
なお、上述の入槽計画作成部３１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）など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。また、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自身、或いは、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憶媒体は本発明の範疇に含まれる。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、異なる複数の工程で複数の製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路（同一工程で異なる設備を使用する場合も異工程経路と考える）を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて、設備・搬送の「競合」および「選択」が生じる場合においても、与えられた上工程及び下工程での操業制約の下で、対象工程の操業計画にマッチした対象工程の操業計画あるいは物流制御を高速に最適化できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原料ヤード製造プロセス（搬送）の概要図である
【図２】本実施形態による処理計画作成装置の位置づけを示す図である。
【図３】入槽計画作成部３１の構成を示す図である。
【図４】処理計画作成部３１での処理内容を示すフローチャートである。
【図５】入槽計画作成部３１の処理概要を処理の概要を説明するために用いる原料ヤード製造プロセス（搬送）を規模縮小した簡単な例を示すための図である。
【図６】原料貯槽在庫予測推移を説明するための図である。
【図７】工程経路割付けパターン検索を説明するための図と検索方法を示すフローチャートである。
【図８】物流制約を線形式及び整数制約で表した内容を説明するための図である。
【図９】評価関数の一例を説明するための図である。
【図１０】工程割付けパターン毎に構築された物流モデルから最適なものを抽出する方法の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
３０ 条件設定および取込み部
３１ 入槽計画作成部
３２ ガントチャート表示・原料貯槽在庫推移グラフ表示部
３３ 操業者評価部
３４ プロコン
３５ ビジコン
３０１ データ取り込み部
３０２ 検出部
３０３ 抽出部
３０４ 構築部
３０５ 選別部
３０６ 判断部
３０７ 再選別部
３０８ 数式モデル構築部
３０９ 最適化演算部
３１０ 決定部
Claims (24)
- 異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成方法であって、
製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、
上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、
上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、
上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、
上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、
上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、
上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、
上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行うことを特徴とする処理計画作成方法。 - 上記最適化の計算を混合整数計画法又は２次計画法で行うことを特徴とする請求項１に記載の処理計画作成方法。
- 上記最適化の計算をタブサーチ又はＧＡで行うことを特徴とする請求項１に記載の処理計画作成方法。
- 上記工程経路選択可能候補の組合せから戦略上で優位な組合せを選別した際に、選別組合せの数が設定した選別数範囲を外れる場合、戦略を変更して再度優位な組合せを選別し直し、新たな選別組合せを構築する処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理計画作成方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理計画作成方法の各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理計画作成方法の各処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
- 異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における処理計画を作成するための処理計画作成装置であって、
製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、
上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、
上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、
上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、
上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、
上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、
上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、
上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備えたことを特徴とする処理計画作成装置。 - 上記最適化の計算を混合整数計画法又は２次計画法で行うことを特徴とする請求項７に記載の処理計画作成装置。
- 上記最適化の計算をタブサーチ又はＧＡで行うことを特徴とする請求項７に記載の処理計画作成装置。
- 上記選別手段により上記工程経路選択可能候補の組合せから戦略上で優位な組合せを選別した際に、選別組合せの数が設定した選別数範囲を外れか否かを判断する判断手段と、上記選別範囲を外れる場合、戦略を変更して再度優位な組合せを選別し直し、新たな選別組合せを構築する再選別手段とを更に備えたことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の処理計画作成装置。
- 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の処理計画作成装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の処理計画作成装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
- 異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御方法であって、
製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込む処理と、
上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する処理と、
上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する処理と、
上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する処理と、
上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する処理と、
上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する処理と、
上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める処理と、
上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する処理とを行い、
上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御することを特徴とする物流制御方法。 - 上記最適化の計算を混合整数計画法又は２次計画法で行うことを特徴とする請求項１３に記載の物流制御方法。
- 上記最適化の計算をタブサーチ又はＧＡで行うことを特徴とする請求項１３に記載の物流制御方法。
- 上記工程経路選択可能候補の組合せから戦略上で優位な組合せを選別した際に、選別組合せの数が設定した選別数範囲を外れる場合、戦略を変更して再度優位な組合せを選別し直し、新たな選別組合せを構築する処理を行うことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の物流制御方法。
- 請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の物流制御方法の各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の物流制御方法の各処理をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
- 異なる複数工程経路で複数製品を処理し、且つ各製品が異なる複数工程経路を選択可能な製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御するための物流制御装置であって、
製品受入計画、製品出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況、工程現況、在庫現況、設備稼働・故障現況、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−タを取り込むデータ取り込み手段と、
上記入力データに基づいて製造又は搬送すべき製品群を検出する検出手段と、
上記製品群に対して工程経路選択可能な全ての候補を抽出する抽出手段と、
上記抽出した工程経路選択可能な全ての候補の組合せを構築する構築手段と、
上記工程経路選択可能な全ての候補の組合せに対してあらかじめ設定した戦略上で優位な組合せを選別する選別手段と、
上記選別された組合せの各々に対して、組合せ毎に、製品群の処理に伴う複数の時間的に競合する作業群の関係、制約に対する線形式及び整数制約式で成る数式モデルを構築する数式モデル構築手段と、
上記構築した数式モデルの各々に対してあらかじめ設定した線形又は２次形式を評価関数として最適化問題を解くことにより、上記構築した数式モデルの各々に対して時間的な競合を解消した最適解を求める最適化演算手段と、
上記選別された組合せ毎の最適解の内で一番評価の良いものを選択することで、時間的な競合を解消した最適な搬送設備、搬送経路、製造設備、製造工程、搬送開始時刻、搬送終了時刻、設備使用開始時刻、設備使用終了時刻、製造量、搬送量の全て或いは一部を決定する決定手段とを備え、
上記決定に基づいて上記製造・搬送プロセスにおいて対象工程における物流を制御することを特徴とする物流制御装置。 - 上記最適化の計算を混合整数計画法又は２次計画法で行うことを特徴とする請求項１９に記載の物流制御装置。
- 上記最適化の計算をタブサーチ又はＧＡで行なうことを特徴とする請求項１９に記載の物流制御装置。
- 上記選別手段により上記工程経路選択可能候補の組合せから戦略上で優位な組合せを選別した際に、選別組合せの数が設定した選別数範囲を外れか否かを判断する判断手段と、上記選別範囲を外れる場合、戦略を変更して再度優位な組合せを選別し直し、新たな選別組合せを構築する再選別手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の物流制御装置。
- 請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の物流制御装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の物流制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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