JP4669583B2 - 配船計画作成装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
加えて、実操業においては、使用予定銘柄の在庫状況が厳しい場合には、性状の近い銘柄(一定の化学性質を共通して備える銘柄:互いに置き換えても使用可能な銘柄)を代替として使用することで、在庫切れの抑止が行われている。また、この代替使用を積極的に行うことで、フレートが高い船でしか輸送できない銘柄に変わり、性状の近い銘柄でフレートのより安い船で手配できる銘柄を輸送することで、輸送費用の削減を行っている。ところが、特許文献1、2ではこれら性状の近い銘柄を考慮した配船が行われていない。
更に、性状の近い銘柄を考慮することで、銘柄毎に個別に考慮するのに比べて更なる在庫切れの抑制と輸送費用のミニマム化を可能にすることを目的とする。
(2) 上記(1)の配船計画作成装置において、前記原材料が取り扱われる際に、化学的性状が規定した範囲に含まれる複数の前記原材料の銘柄がグループ化されてもよい。
(3) 上記(1)の配船計画作成装置は、前記数式モデル設定手段は、前記原材料の引取目標量制約を表わす数式モデルを更に設定してもよい。
(4) 上記(1)の配船計画作成装置において、前記船舶リストに含まれる前記船舶の前記傭船契約の種別は、連続航海船、不定期船、スポット船を含んでもよい。
(5) 上記(4)の配船計画作成装置において、前記船舶財源作成手段は、前記船舶リスト及び前記船舶運航状況に基づいて、計画作成期間において運航未定部分がある前記連続航海船を抽出し、抽出された各前記連続航海船について、前記計画作成期間における前記積地と前記揚地の組み合わせのパターンのうち、所定の条件に合致するものを全て作成してもよい。
(6) 上記(5)の配船計画作成装置は、前記船舶財源作成手段は、前記船舶リスト及び前記船舶運航状況に基づいて、前記計画作成期間において利用可能であり、かつ運航未定部分がある前記不定期船を抽出し、抽出された前記不定期船について、前記計画作成期間における前記積地と前記揚地の組み合わせのパターンのうち、所定の条件に合致するものを全て作成してもよい。
(7) 上記(6)の配船計画作成装置において、前記船舶財源作成手段は、前記計画作成期間における前記引取目標量の総合計と、抽出された前記連続航海船及び前記不定期船の最大積載量の合計とに基づいて、前記スポット船で運搬されるべき前記原材料の量を算出し、前記船舶リストに基づいて、前記スポット船の候補を抽出してもよい。
(8) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置は、予め設定された最適化期間内で所定のマクロ時間精度で前記数式モデルを設定し、前記最適化計算を行い、前記最適化期間のうちの一部の計画確定期間での演算結果を出力する、前記数式モデル設定手段及び前記最適化計算手段を具備するマクロ最適化部と;前記マクロ最適化部で求めた前記計画確定期間での前記演算結果を用いて、前記計画確定期間で前記マクロ時間精度よりも細かなミクロ時間精度で前記数式モデルを設定し、前記最適化計算を行い、前記最適化計算の結果を前記シミュレータに引き渡す、数式モデル設定手段及び最適化計算手段を具備するミクロ最適化部と;を更に備えてもよい。
(9) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置において、前記シミュレータは、前記連続航海船の一つの航海の運航時刻に変更が起こった場合、前記変更を波及的に反映させて、前記連続航海船の以降の航海の運航時刻を修正し、前記修正に基づいて前記数式モデル設定手段及び前記最適化計算手段での処理を行ってもよい。
(10) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置において、前記最適化計算手段は:前記積地毎に、全前記銘柄の引取量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで、引取量累積を算出し;前記積地毎に、全前記銘柄の前記引取目標量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで、引取目標量累積を算出し;前記引取量累積と前記引取目標量累積との差のミニマム化を更なる目的とした目的関数に基づいて前記最適化計算を行ってもよい。
(11) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置において、前記最適化計算手段は:前記揚地毎に、全前記銘柄の荷揚量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで荷揚量累積を算出し;前記揚地毎に、標準荷揚能力量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで揚地標準荷揚能力量累積を算出し;前記荷揚量累積と前記揚地標準荷揚能力量累積との差のミニマム化を目的とした目的関数に基づいて前記最適化計算を行ってもよい。
(12) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置は、船型、船数、積地、揚地、積銘柄、揚銘柄、積量、及び揚量を、ユーザの意図に従って個別に固定可能にする、入力部を更に有してもよい。
(13) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置は、前記積地、積銘柄、積量を、ユーザの意図に従って一括して固定可能にする、入力部を更に有してもよい。
(14) 上記(1)〜(7)の配船計画作成装置において、前記輸送費用には、フレート及び滞船料が含まれてもよい。
(15) 本発明の第2の態様に係る配船計画作成方法は、複数銘柄の原材料を複数の積地から複数の揚地に輸送する配船計画を作成するための配船計画作成方法であって:データ取り込み手段により、前記原材料の使用予定量、前記原材料の引取目標量、前記原材料の在庫状況、前記原材料の購入費用、複数の種別の傭船契約に基づいて運用される複数の船舶がリストアップされた船舶リスト、夫々の前記船舶の船舶運航状況、及び、夫々の前記船舶を利用する場合の輸送費用、を含むデータを取り込む工程と;船舶財源作成手段により、前記船舶運航状況に基づいて前記船舶リストから前記船舶を選択し、選択された該船舶ごとに、計画作成期間において該船舶が運航可能な積地と揚地の組み合せパターンである船舶財源を作成する工程と;数式モデル設定手段により、前記船舶財源に含まれる前記船舶の運航制約、及び、前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を少なくとも表わす数式モデルを設定する工程と;最適化計算手段により、設定された前記数式モデルを用いて、少なくとも前記輸送費用に関してあるいは前記輸送費用と前記原材料の購入費用との合計値に関して構築された目的関数に基づいて最適化計算を行う工程と;シミュレータにより、前記最適化計算の結果に基づいて、前記在庫状況及び前記船舶運航状況をシミュレートする工程と;出力手段により、前記シミュレータによるシミュレーション結果である配船計画を出力する工程と;を有し;
記配船計画には、前記複数の船舶に対する積地および揚地、積銘柄および揚銘柄、積量および揚量、寄港順、着岸バース、入出港タイミングを少なくとも含み、前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を表す前記数式モデルには、前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の使用予定量と前記原材料の在庫状況と、前記配船計画の結果決定される決定変数である揚量とから規定される、各銘柄の在庫量の推移を表す制約式と、前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の引取目標量と、前記配船計画の結果決定される決定変数である積量すなわち引取量との関係を規定する制約式と、を含む。
(16) 本発明の第3の態様に係る、配船計画を作成するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムは、前記コンピュータを上記(1)に記載の配船計画作成装置として機能させるためのプログラムである。
更に、性状の近い銘柄を考慮することで、銘柄毎に個別に考慮するのに比べて更なる在庫切れの抑制と輸送費用のミニマム化のための最適化が可能になる。
図1は、本実施形態に係る配船計画作成装置を含む全体システムの概略構成を示す図である。図1において、100は配船計画作成装置であり、複数銘柄の原材料(鉱石や石炭等)を複数の積地(世界中に点在する山元)から複数の揚地(製鉄所)に輸送する配船計画を作成する。本実施形態では、製鉄所毎の輸送費用平準化ではなく、全製鉄所合計での輸送費用をミニマム化する配船計画を作成することを目的としている。更には、輸送費用に加えて、購入費用を含めたコストをミニマム化する配船計画を作成することを目的としている。
配船計画作成装置100のデータ取り込み部104は、データベース300から原材料の使用予定量、引取目標量、契約の種別の異なる船舶がリストアップされた船舶リスト、船舶リストにリストアップされている船舶の運航状況、原材料の在庫状況、原材料の購入費用、船舶リストにリストアップされている船舶を利用する場合の輸送費用、積地での船舶停泊状況、荷積能力状況、設備修理・休止予定、揚地での船舶停泊状況、荷揚能力状況、設備修理・休止予定等のデータを取り込む。
マクロ最適化部102の船舶財源作成部102aは、ステップS101で取り込んだ船舶リスト(図3を参照)に基づいて船舶を選択し、必要な船舶財源を作成する。
マクロ最適化部102の数式モデル設定部102bは、ステップS102で作成した船舶の運航制約、揚地での原材料の需給バランス制約、引取目標量制約を表わすよう構築された数式モデルを設定する。設定を受ける数式モデルは、例えばLP(線形計画法)、MIP(混合整数計画法)、QP(2次計画法)等の数理計画法に則ったモデルとして構築(定式化)されている。ここでは、例としてMIPの定式化に基づいた数式モデルを示す。
ここで数式モデルの設定とは、船舶数や港数などの変化に対応できるように抽象的な形式で構築されている基礎数式モデルに対して、各配列の添え字の最大数(例えば船舶数を表す)や、式中の係数の値などを、実際の計画に沿って具体的に定めることを言う。
マクロ最適化部102の最適化計算部102cは、ステップS103で設定した数式モデルを用いて、輸送費用に関して設定された目的関数(評価関数)に基づいて最適化計算を行う。最適化計算に際しては、例えばLP(線形計画法)、MIP(混合整数計画法)、QP(2次計画法)等の数理計画法により最適化問題として問題を解く。
マクロ最適化では、全体として傭船に関する問題を最適化する。
ミクロ最適化部103の数式モデル設定部103aは、マクロ最適化部102で求めた計画確定期間の配船計画に従って船舶を運航する際の制約のうち、滞船制約、及び、揚地での原材料の需給バランス制約を表わす数式モデルを設定する。用いられる数式モデルは、例えば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構築する。ここでは、例としてMIPの定式化に基づいた数式モデルを示す。
ミクロ最適化部103の最適化計算部103bは、ステップS105で設定した数式モデルを用いて、輸送費用に関して構築された目的関数(評価関数)に基づいて最適化計算を行う。最適化計算に際しては、例えばLP(線形計画法)、MIP(混合整数計画法)、QP(2次計画法)等の数理計画法により最適化問題として問題を解く。
シミュレータ101は、ミクロ最適化部103で求めた数式モデルに対する解に基づいてシミュレーションを実行して、計画確定期間(1旬)の配船計画を確定する。シミュレーションの時間精度は分精度とする。このシミュレーションでは、マクロ数式モデル、ミクロ数式モデルには組み込むことができなかった制約等も組み込むことで、実際に求められる細かな制約までも考慮した配船計画を作成することが可能となる。
ステップS108において計画作成期間(3ヶ月(9旬))分の計画が確定したかどうかを判定する。まだ確定していない場合、計画が確定した旬の次旬の初日、例えばN旬の計画が確定したならばN+1旬の初日を立案更新日として更新し(ステップS109)、ステップS103に戻る。ステップS103から始まる次ループでは、計画が確定した旬(N旬)における在庫推移や船舶の運航状況を更新して、次旬(N+1旬)の計画を確定させる。これを繰り返すことにより、計画作成期間(3ヶ月)分の計画が確定することになる(図13を参照)。
以上のようにして作成した配船計画は、出力部105により、不図示のモニタに画面表示されたり、外部機器にデータ送信されたりする。
この場合には、マクロ最適化において(式4)で表されていた各銘柄の在庫量が常に安全在庫以上確保されているという制約は、下記の制約式(式20)に変更される。
また、ミクロ最適化においても、安全在庫の制約式は、同一グループの銘柄(グループ銘柄)の合計の在庫が安全在庫を満たす様に変更される。この場合には、各グループ銘柄の在庫量が常に安全在庫以上確保されているという制約は、下記の制約式(式21)と表される。
上述した実施形態では、マクロ最適化部102の最適化計算部102cで輸送費用等に関して構築された目的関数(評価関数)に基づいて最適化計算を行う例を説明したが、他の目的関数を加えてもよい。
また、ヤード待ち滞船は、第1の船が、特定の時刻に、特定の揚港の特定のバースに着岸する予定である時、当該時刻において、ヤード上の原材料の在庫量がヤード能力を越えており、荷役できない場合に生ずる。ヤード待ち滞船が生ずると、上記第1の船は、ヤード能力に空きが出来るまで当該積港沖に滞船する必要がある。
配船立案上では、特定の船がETAにおいて当該積港沖に到着し、ETDにおいて当該積港を出港するまでに、以下のような状況が生じうる。
(1)到着、滞船なし、荷役、出港
(2)到着、重船待ち滞船、荷役、出港
(3)到着、ヤード待ち滞船、荷役、出港
(4)到着、重船待ち滞船及びヤード待ち滞船、荷役、出港
図16Aによると、従来の方法で計画された配船立案結果では、重船待ち滞船や、ヤード待ち滞船が一定の割合で生じている。このような滞船を解消するためには、熟練した技術を持つ計画者による計画修正作業の繰り返しが必要となる。また、原理的にどこまで滞船を解消することが可能か、正確に見積もることは、熟練した計画者にとっても非常に難しい。
一方、図16Bは、本実施形態に係る配船計画作成装置、及び方法を用いて計画した配船立案結果である。図16Bでは、図16Aと比較して、重船待ち滞船、及び、ヤード待ち滞船の大部分が解消されている。この結果として、滞船に関する超過費用の削減効果が得られるほか、計画作成者の技能に直接依存せずに、安定した配船計画が可能となる。
更に、性状の近い銘柄を考慮することで、銘柄毎に個別に考慮するのに比べて更なる在庫切れの抑制と輸送費用のミニマム化のための最適化が可能になる。
101:シミュレータ
102:マクロ最適化部
102a:船舶財源作成部
102b:数式モデル設定部
102c:最適化計算部
103:ミクロ最適化部
103a:数式モデル設定部
103b:最適化計算部
104:データ取り込み部
105:出力部
200:配合計画作成装置
300:データベース
400:上位コンピュータ
Claims (16)
- 複数銘柄の原材料を複数の積地から複数の揚地に輸送する配船計画を作成するための配船計画作成装置であって、
前記原材料の使用予定量、前記原材料の引取目標量、前記原材料の在庫状況、前記原材料の購入費用、複数の種別の傭船契約に基づいて運用される複数の船舶がリストアップされた船舶リスト、夫々の前記船舶の船舶運航状況、及び、夫々の前記船舶を利用する場合の輸送費用、を含むデータを取り込むデータ取り込み手段と;
前記船舶運航状況に基づいて前記船舶リストから必要な前記船舶を選択し、選択された該船舶ごとに、計画作成期間において該船舶が運航可能な積地と揚地の組み合せパターンである船舶財源を作成する船舶財源作成手段と;
前記船舶財源に含まれる前記船舶の運航制約、及び、前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を少なくとも表わす数式モデルを設定する数式モデル設定手段と;
設定された前記数式モデルを用いて、少なくとも前記輸送費用に関してあるいは前記輸送費用と前記原材料の購入費用との合計値に関して構築された目的関数に基づいて最適化計算を行う最適化計算手段と;
前記最適化計算の結果に基づいて動作し、前記在庫状況の推移をシミュレートする在庫推移シミュレータ及び、前記船舶運航状況の推移をシミュレートする船舶運航状況推移シミュレータを含む、シミュレータと;
前記シミュレータによるシミュレーション結果である配船計画を出力する出力手段と;
を備え;
前記配船計画には、
前記複数の船舶に対する積地および揚地、積銘柄および揚銘柄、積量および揚量、寄港順、着岸バース、入出港タイミングを少なくとも含み、
前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を表す前記数式モデルには、
前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の使用予定量と前記原材料の在庫状況と、前記配船計画の結果決定される決定変数である揚量とから規定される、各銘柄の在庫量の推移を表す制約式と、
前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の引取目標量と、前記配船計画の結果決定される決定変数である積量すなわち引取量との関係を規定する制約式と、
を含むことを特徴とする配船計画作成装置。 - 前記原材料が取り扱われる際に、化学的性状が規定した範囲に含まれる複数の前記原材料の銘柄がグループ化されることを特徴とする請求項1に記載の配船計画作成装置。
- 前記数式モデル設定手段は、前記原材料の引取目標量制約を表わす数式モデルを更に設定することを特徴とする請求項1に記載の配船計画作成装置。
- 前記船舶リストに含まれる前記船舶の前記傭船契約の種別は、連続航海船、不定期船、スポット船を含むことを特徴とする請求項1に記載の配船計画作成装置。
- 前記船舶財源作成手段は、前記船舶リスト及び前記船舶運航状況に基づいて、計画作成期間において運航未定部分がある前記連続航海船を抽出し、抽出された各前記連続航海船について、前記計画作成期間における前記積地と前記揚地の組み合わせのパターンのうち、所定の条件に合致するものを全て作成することを特徴とする請求項4に記載の配船計画作成装置。
- 前記船舶財源作成手段は、前記船舶リスト及び前記船舶運航状況に基づいて、前記計画作成期間において利用可能であり、かつ運航未定部分がある前記不定期船を抽出し、抽出された前記不定期船について、前記計画作成期間における前記積地と前記揚地の組み合わせのパターンのうち、所定の条件に合致するものを全て作成することを特徴とする請求項5に記載の配船計画作成装置。
- 前記船舶財源作成手段は、前記計画作成期間における前記引取目標量の総合計と、抽出された前記連続航海船及び前記不定期船の最大積載量の合計とに基づいて、前記スポット船で運搬されるべき前記原材料の量を算出し、前記船舶リストに基づいて、前記スポット船の候補を抽出することを特徴とする請求項6に記載の配船計画作成装置。
- 予め設定された最適化期間内で所定のマクロ時間精度で前記数式モデルを設定し、前記最適化計算を行い、前記最適化期間のうちの一部の計画確定期間での演算結果を出力する、前記数式モデル設定手段及び前記最適化計算手段を具備するマクロ最適化部と;
前記マクロ最適化部で求めた前記計画確定期間での前記演算結果を用いて、前記計画確定期間で前記マクロ時間精度よりも細かなミクロ時間精度で前記数式モデルを設定し、前記最適化計算を行い、前記最適化計算の結果を前記シミュレータに引き渡す、数式モデル設定手段及び最適化計算手段を具備するミクロ最適化部と;を更に備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。 - 前記シミュレータは、前記連続航海船の一つの航海の運航時刻に変更が起こった場合、前記変更を波及的に反映させて、前記連続航海船の以降の航海の運航時刻を修正し、前記修正に基づいて前記数式モデル設定手段及び前記最適化計算手段での処理を行なうことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。
- 前記最適化計算手段は:
前記積地毎に、全前記銘柄の引取量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで、引取量累積を算出し;
前記積地毎に、全前記銘柄の前記引取目標量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで、引取目標量累積を算出し;
前記引取量累積と前記引取目標量累積との差のミニマム化を更なる目的とした目的関数に基づいて前記最適化計算を行う;
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。 - 前記最適化計算手段は:
前記揚地毎に、全前記銘柄の荷揚量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで荷揚量累積を算出し;
前記揚地毎に、標準荷揚能力量を旬単位或いは月単位に集計して累積することで揚地標準荷揚能力量累積を算出し;
前記荷揚量累積と前記揚地標準荷揚能力量累積との差のミニマム化を目的とした目的関数に基づいて前記最適化計算を行う;
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。 - 船型、船数、積地、揚地、積銘柄、揚銘柄、積量、及び揚量を、ユーザの意図に従って個別に固定可能にする、入力部を更に有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。
- 前記積地、積銘柄、積量を、ユーザの意図に従って一括して固定可能にする、入力部を更に有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。
- 前記輸送費用には、フレート及び滞船料が含まれることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の配船計画作成装置。
- 複数銘柄の原材料を複数の積地から複数の揚地に輸送する配船計画を作成するための配船計画作成方法であって、
データ取り込み手段により、前記原材料の使用予定量、前記原材料の引取目標量、前記原材料の在庫状況、前記原材料の購入費用、複数の種別の傭船契約に基づいて運用される複数の船舶がリストアップされた船舶リスト、夫々の前記船舶の船舶運航状況、及び、夫々の前記船舶を利用する場合の輸送費用、を含むデータを取り込む工程と;
船舶財源作成手段により、前記船舶運航状況に基づいて前記船舶リストから前記船舶を選択し、選択された該船舶ごとに、計画作成期間において該船舶が運航可能な積地と揚地の組み合せパターンである船舶財源を作成する工程と;
数式モデル設定手段により、前記船舶財源に含まれる前記船舶の運航制約、及び、前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を少なくとも表わす数式モデルを設定する工程と;
最適化計算手段により、設定された前記数式モデルを用いて、少なくとも前記輸送費用に関してあるいは前記輸送費用と前記原材料の購入費用との合計値に関して構築された目的関数に基づいて最適化計算を行う工程と;
シミュレータにより、前記最適化計算の結果に基づいて、前記在庫状況及び前記船舶運航状況をシミュレートする工程と;
出力手段により、前記シミュレータによるシミュレーション結果である配船計画を出力する工程と;
を有し;
前記配船計画には、
前記複数の船舶に対する積地および揚地、積銘柄および揚銘柄、積量および揚量、寄港順、着岸バース、入出港タイミングを少なくとも含み、
前記揚地での前記原材料の需給バランス制約を表す前記数式モデルには、
前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の使用予定量と前記原材料の在庫状況と、前記配船計画の結果決定される決定変数である揚量とから規定される、各銘柄の在庫量の推移を表す制約式と、
前記データ取り込み手段で取り込んだ前記原材料の引取目標量と、前記配船計画の結果決定される決定変数である積量すなわち引取量との関係を規定する制約式と、
を含むことを特徴とする配船計画作成方法。 - 配船計画を作成するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記コンピュータを請求項1に記載の配船計画作成装置として機能させるためのプログラム。
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