JP5000368B2 - 生産計画改善装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、製造業において工場や製造プロセスの生産計画を立案する際に用いて好適な技術であり、特に、金属製品の連続鋳造機の鋳造キャスト計画や、圧延機の圧延ロット計画を立案するときに利用可能な技術に関する。

製造業において、工場で複数オーダーの製品を製造する際、製品の品質向上やコスト低減、スループット向上などを考慮して、オーダーの製造順番を決めたり、複数オーダーを適切な規模で適切な数の複数ロットにまとめたりなど、工場の作業指示として、生産計画を立案している。

例えば製鋼プラントにおいて、図２０の連続鋳造機の断面図に示すように、精錬後の溶鋼２０は溶鋼鍋２１で搬送され、取鍋２２に注がれる。取鍋２２の溶鋼は中間容器であるタンディッシュ２３を経由して、所定のサイズに制御された鋳型２４へ浸漬ノズル２９によって上側から連続的に注がれて、鋳型２４下方から表面が凝固した鋼材が連続的に引き抜かれる。そして当該鋼材はサポートロール２５で支えられながら移動していき、スプレーノズル２６から噴出される水により徐々に内部が冷却・凝固され、切断機２７で所定の長さに切断されて、スラブ、ビレット、又はブルームと呼ばれる鋼片２８が連続鋳造される。本明細書では、鋼片２８をスラブと呼ぶ。

溶鋼鍋２１の一杯分である鋳造単位はチャージと呼ばれているが、連続鋳造機では、複数チャージを連続して連続鋳造可能である（連続して連続鋳造することを連続連続鋳造、略して連々鋳と呼ぶ）。鋳型２４は通常四面の鋳型壁で周囲を囲む構成になっている。巾が異なるサイズのスラブ２８を鋳造するときには、連々鋳の途中に鋳型２４の巾（鋳型壁の間隔：鋳造巾）を変更することができる。なお、この連々鋳単位はキャストと呼ばれており、耐火物の溶損や鋼片の品質上の問題等から、通常、２〜１５チャージで１キャストが構成される場合が多い。

このようなキャストとキャストの切れ目では、鋳型２４やタンディッシュ２３、浸漬ノズル２９の交換の後、ダミーバー（図示せず）と呼ばれる治具を鋳型２４に挿入し、鋳型２４の底からダミーバーを引き抜きつつ、溶鋼の鋳型２４への注入を開始する必要がある。そのため、段取り替えにかなりの時間が掛かったり、キャストの先頭と最後の部分は製造安定性の低下や不純物巻き込みなどにより品質が下がったりして、生産能力が低下したり、歩留まりが低下してしまったりする。そこで、生産能力や歩留まり向上のためには、連々鋳回数（キャストのチャージ数）を極力多くすることが望ましい。しかしながら、鋳造巾や溶鋼成分（鋼種とも呼ばれる）が異なるチャージを連々鋳すると、チャージの切れ目部分の品質が低下し、歩留まりが低下してしまったり、鋳造巾や溶鋼成分が大きく異なるときには連々鋳できなくなってしまったりなどの問題がある。そのために、各チャージの鋳造巾や溶鋼成分などを考慮して、適切なキャストを計画しなければならない。言い換えると、チャージと呼ばれるオーダーをキャストと呼ばれるロットに鋳込む順序を考慮して適切にまとめ、生産能力と歩留まりを共に向上させる製造計画（キャスト計画）を立案する必要がある。

従来、キャスト計画を立案するための方法としては、熟練者が殆ど手作業で行うことが一般的であった。しかしながら、適切なキャスト計画を立案する為には、長い経験を積んだ熟練者でも、例えば週のはじめに１週間分のキャスト計画を立案するために数時間掛かるのが一般的であり、このため、週の後半になって、実操業とのずれが拡大し、適切なキャスト計画でないと知りつつも、キャスト計画を見直すことがなされないという問題点があった。

このような問題を解決するため、特許文献１では、コンピュータシステム等を用い、表示画面に未計画のチャージを表す矩形と、計画済みキャストを表す矩形を表示し、前記熟練者がチャージを表す矩形をマウスでクリックし、連々鋳するキャスト表示部までドラッグ＆ドロップする操作を繰り返すことで、立案作業に要する時間を短縮化する手法が開示されている。

しかしながら、特許文献１の手法では、キャスト計画作業は全て熟練者の判断に委ねているため、熟練者の技能レベルにより、立案されたキャスト計画の質（製品の品質やコスト・スループットなどの評価指標）が大きく異なってしまう場合がある。また、技能レベルの高い熟練者が立案したキャスト計画であったとしても、少なからず見落としやミスがあったりする場合もある。これらの点を鑑みると、熟練者のみに依存したキャスト計画が最善であるとは必ずしも言い難いという問題もある。

このような問題を解決するため、特許文献２〜特許文献５では、コンピュータシステム等を用い、キャスト計画を自動的に立案する手法が開示されている。例えば、特許文献２では、人手もしくはエキスパートシステム等で初期のキャスト計画を立案した後、各キャストの中で、同一溶鋼成分と同一サイズのチャージのまとまりを１つのグループとして交換可能とし、異なるキャストのグループ同士を交換する手段を、設定された評価関数の値が改善されなくなるまで繰り返すという手順で、キャスト計画を自動的に立案している。特許文献３〜特許文献５も手法は異なるものの、特許文献２と同様に、コンピュータシステム等を用いて、設定されたルールや、設定された評価関数の値を最適とするキャスト計画を自動的に立案する手法である。

特開２００３−２８６５１４号公報 特開平７−８８６０５号公報 特開平１１−３１４１４６号公報 特開２００４−３４８４３６号公報 特開平７−２１０６０６号公報

しかしながら、数日間のキャスト計画を立案するために、特許文献２〜特許文献５のように、設定された評価関数の値が最適となるキャスト計画をコンピュータシステム等で自動的に立案する手法では、立案されたキャスト計画を熟練者に提示したとしても、チャージ数が数百も存在する場合には、提示されたキャスト計画の良否を熟練者が判断することは容易ではない。そのため、「なんとなく不満」、「何故このような計画になるのか理解できない」、「もっと良い計画があるのでは」等の理由から、熟練者は自動立案システムを使用しないケースが多く、折角苦労して開発したシステムが無駄になることが殆どである。その原因としては、例えば百チャージ／週からなる大掛かりなキャスト計画を提示されたとしても、自動立案システムからは、評価関数の値以外は全く説明がない(できない)からであり、熟練者は自動立案されたキャスト計画を１つ１つ丹念に確認し、良否判断を行わなくてはならない。このように自動立案システムから押し付けられた生産計画に対して、苦労をするぐらいであれば、手作業で時間を掛けてもいいから、初めから自分で作ったほうが納得できると感じることが多い。なお、特許文献５では、生産計画を自動立案するためのルールを熟練者が変更可能な手段を提供し、熟練者が望むような生産計画が立案されるまでルール変更を繰り返すという手法が開示されているが、自動的に立案された計画では、前記のような本質的な原因の解決になっておらず、結局は使われなくなってしまうことが多い。

そこで、本発明は、上記のような背景に鑑みてなされたものであり、手作業で立案した生産計画の質（製品の品質やコスト・スループット等の評価指標）を向上させ、当該装置利用者（例えば生産計画を立案する熟練者）が納得する生産計画を短時間で立案可能とすることを目的とする。

本発明の生産計画改善装置は、製造プロセスの生産計画を改善するための生産計画改善装置であって、改善対象生産計画を入力する計画入力手段と、前記計画入力手段で入力される改善対象生産計画を初期計画として、該初期計画と該初期計画を改善した後の生産計画である複数の改善後計画とを管理する計画管理手段と、前記計画管理手段で管理されている改善前後の生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を表示する計画表示手段と、前記製造プロセスの製造制約を管理する制約管理手段と、生産計画の良否を表す評価値を算出するための関数である評価関数を管理する評価関数管理手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を改善前計画とし、該改善前計画の一部分を変更した生産計画を複数作成し、該変更した生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該変更した生産計画に対する評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該変更した生産計画を改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画改善手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した複数の生産計画の改善前計画からの変更点を組み合せた生産計画を作成し、該組み合せた生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該組み合せた生産計画に対する評価関数の評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該生産計画を新たな改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画組合手段と、前記改善前計画と前記改善後計画の異なる部分を表示する差異表示手段と、前記制約管理手段で管理されている製造制約を、当該装置利用者が変更するための制約変更手段と、前記評価関数管理手段で管理されている評価関数を、当該装置利用者が変更するための評価関数変更手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を出力する計画出力手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のプログラムは、製造プロセスの生産計画を改善するための生産計画改善装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、改善対象生産計画を入力する計画入力手段と、前記計画入力手段で入力される改善対象生産計画を初期計画として、該初期計画と該初期計画を改善した後の生産計画である複数の改善後計画とを管理する計画管理手段と、前記計画管理手段で管理されている改善前後の生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を表示する計画表示手段と、前記製造プロセスの製造制約を管理する制約管理手段と、生産計画の良否を表す評価値を算出するための関数である評価関数を管理する評価関数管理手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を改善前計画とし、該改善前計画の一部分を変更した生産計画を複数作成し、該変更した生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該変更した生産計画に対する評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該変更した生産計画を改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画改善手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した複数の生産計画の改善前計画からの変更点を組み合せた生産計画を作成し、該組み合せた生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該組み合せた生産計画に対する評価関数の評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該生産計画を新たな改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画組合手段と、前記改善前計画と前記改善後計画の異なる部分を表示する差異表示手段と、前記制約管理手段で管理されている製造制約を、当該装置利用者が変更するための制約変更手段と、前記評価関数管理手段で管理されている評価関数を、当該装置利用者が変更するための評価関数変更手段と、前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を出力する計画出力手段としてコンピュータを機能させる。

本発明によれば、手作業で立案した生産計画の質（製品の品質やコスト・スループット等の評価指標）を向上させ、当該装置利用者（例えば生産計画を立案する熟練者）が納得する生産計画を短時間で立案することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る生産計画改善装置を図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る生産計画改善装置の機能構成を示すブロック図である。

図１において、計画入力手段１は、本装置利用者から起動され、本装置利用者が手作業、もしくは、本装置とは別の装置で立案した生産計画を、初期計画としてネットワーク等で接続された外部機器（図示せず）から入力する手段である。入力された初期計画は、計画管理手段９へ送られ、計画管理手段９は入力された初期計画を管理する。初期計画は、外部機器からではなく、キーボード等のデータ入力装置やマウス等のポインティング入力装置を用いて入力しても構わない。また、計画入力手段１は、生産計画を評価する上で必要な情報を入力する手段でもある。

計画管理手段９は、計画入力手段１で入力される初期計画、及び、後述の計画改善手段６又は計画組合手段５により算出された複数の改善後計画を管理する手段である。計画管理手段９は、管理イメージを明確化するために、前記初期計画及び改善後計画を、初期計画を頂点とし、該初期計画に複数の改善後計画が枝分かれして接続する木構造のデータとして管理している。つまり、１つの改善後計画から見て、上側に線で接続されている改善後計画（もしくは初期計画）が改善前計画として表現されて管理されている。

計画表示手段２は、本装置利用者から起動され、計画管理手段９で管理されている生産計画（初期計画又は改善後計画）のうち、本装置利用者が指定した生産計画を表示する手段である。表示方法としては、従来から用いられている生産計画の帳票と同じ形式で表示しても良いし、製品の種類に応じて色分けして、本装置利用者にとって、より理解しやすい形式で表示するようにしても良い。

制約管理手段１０は、後述の計画改善手段６で用いられ、生産計画を立案する上で、守らなければならない複数の製造制約（例えば、製品Ａの次に製品Ｂの製造は不可等）を管理する手段である。この製造制約は、生産計画を評価する上で必要な情報である。製造制約に関しては、予め入力しておいて管理するようにしてもよいし、計画入力手段１の初期計画の入力と同時に入力して管理するようにしてもよい。

制約変更手段７は、本装置利用者から起動され、本装置利用者からの製造制約の変更要求を受付ける手段であり、制約管理手段１０へその変更要求を送る。制約管理手段１０は、この変更要求に応じて、管理している製造制約の変更を行う。

評価関数管理手段１１は、後述の計画改善手段６で用いられ、生産計画の良否を表す評価値（例えば、キャスト数等）を算出するための評価関数を管理する手段である。この評価関数は、生産計画を評価する上で必要な情報である。評価関数に関しては、予め入力しておいて管理するようにしてもよいし、計画入力手段１の初期計画の入力と同時に入力して管理するようにしてもよい。

評価関数変更手段８は、本装置利用者から起動され、本装置利用者からの評価関数の変更要求を受付ける手段であり、評価関数管理手段１１へその変更要求を送る。評価関数管理手段１１は、この変更要求に応じて、管理している評価関数の変更を行う。

計画改善手段６は、本装置利用者から起動され、計画管理手段９で管理されている生産計画のうち、本装置利用者が指定した生産計画を改善前計画とし、制約管理手段１０で管理されている全ての製造制約を満足し、評価関数管理手段１１で管理されている評価関数のうち、本装置利用者が指定した評価関数の評価値が、改善前計画より改善される改善後計画を、改善前計画の一部分を変更することで複数算出し、計画管理手段９へ送る手段である。計画管理手段９は、送られた改善後計画を新たに追加して管理する。前記一部分の変更とは、例えば、ある製品Ａとある製品Ｂの製造順番を単純に入れ替える等、本装置利用者にとって、改善前計画と改善後計画との違いが短時間で理解できる程度の小規模な変更を意味している。

差異表示手段４は、本装置利用者から起動され、計画管理手段９で管理されている改善後計画のうち、本装置利用者が指定した改善後計画と、その改善前計画とを表示し、両者の異なる部分（変更された部分）を強調して表示する手段である。

計画組合手段５は、本装置利用者から起動され、計画管理手段９で管理されている改善後計画のうち、本装置利用者が指定した複数の改善後計画を組合せ、新たな改善後計画を算出し、計画管理手段９へ送る手段である。計画管理手段９は、送られた改善後計画を新たに追加して管理する。

計画出力手段３は、本装置利用者から起動され、計画管理手段９で管理されている生産計画（初期計画又は改善後計画）のうち、本装置利用者が指定した生産計画を、ネットワーク等で接続された外部機器(図示せず)へ出力する手段である。外部機器はフレキシブルディスク等の記憶装置やプリンタ等の印刷装置でも構わない。

次に本実施の形態に係る生産計画改善装置の標準的な使い方を表すフローチャートを図２に示す。先ず、本装置使用前に、本装置利用者である熟練者は現在の注文状況（オーダーの数や品種・納期等）や設備稼働状況（休止設備の有無等）を勘案して、初期の生産計画（初期計画）を立案する。ここで、初期計画は従来通り細緻に時間を掛けて立案しても、短時間で粗に計画（品質・コスト・スループット上、無駄が残る計画）しても構わない。初期計画を熟練者が立案することにより、オーダーに製造が難しい製品や短納期の製品が多い等、生産計画を立案する上での重要ポイントを熟練者が理解できる。

ステップＳ１において、熟練者は前記初期計画を、計画入力手段１を用いて本装置に入力する。

次にステップＳ２において、熟練者は計画表示手段２を用いて、前記初期計画が本装置に正常に読込まれていることを確認する。

次にステップＳ３において、熟練者は前記重要ポイントから製造制約の変更をするか否かを判断する。必要と判断すれば、ステップＳ４において、制約変更手段７を用いて製造制約の変更を行う。

次にステップＳ５において、熟練者はステップＳ３同様に前記重要ポイントから評価関数の変更をするか否かを判断する。必要と判断すれば、ステップＳ６において、評価関数変更手段８を用いて評価関数の変更を行う。

次にステップＳ７において、熟練者は初期計画を改善前計画として指定し、計画改善手段６を用いて複数の改善後計画を本装置に算出させる。

次にステップＳ８において、熟練者は改善後計画があるか否かを判断し、ある場合はステップＳ１０において、差異表示手段４を用いて、改善前計画（初回は初期計画）と改善後計画との差異を確認し、ステップＳ１１において改善後計画の良否を判断する。ここで、改善前計画と改善後計画は、一部分が異なるだけであり、改善前計画（初回は初期計画）は熟練者が既に理解できているため、熟練者は改善後計画の良否も容易に判断することができる。

ステップＳ１１において、熟練者は複数の改善後計画の中に、納得できる計画があると判断した場合には、ステップＳ７に戻り、その計画を改善前計画として、更に計画改善手段６を用いて、複数の改善後計画を算出させる。
また、複数の改善後計画の中に、納得できる計画がない場合には、ステップＳ３に戻り、再び制約変更手段７や評価関数変更手段８を用いて、製造制約や評価関数を変更した後、再び計画改善手段６を用いて、複数の改善後計画を算出させる。
また、複数の改善後計画の中に、納得できる計画が複数存在する場合には、ステップＳ１２において、計画組合手段５を用いて、納得できる複数の改善後計画を組み合せた、新たな改善後計画を本装置に算出させ、ステップＳ７に戻り、その計画を改善前計画として、更に計画改善手段６を用いて、複数の改善後計画を算出させる。

上記の処理を繰り返すことで、初期計画を徐々に段階的に改善し、ステップＳ７にて、改善後計画が１つも算出されなかった場合には、ステップＳ８において、熟練者は最後に指定した納得済みの改善前計画を、計画出力手段３を用いて本装置から出力させる。なお、計画組合手段５を用いて、納得できる複数の改善後計画を組み合せた、新たな改善後計画を本装置に算出させ、ステップＳ７に戻り、その計画を改善前計画として、更に計画改善手段６を用いて、複数の改善後計画を算出させることで、上記の繰り返しの回数を少なくすることができる。

以上のように生産計画改善装置を用いることで、従来通り細緻に時間を掛けて立案した初期計画を用いた場合には、本装置が１つでも納得できる改善後計画を算出しさえすれば、当然ながら、初期計画より質の高い生産計画が得られたことになる。このため、熟練者の見落としを防止でき、かつ、技能レベルの差も縮めることができる。

図３は、本発明の生産計画改善装置を実現するためのパーソナルコンピュータの構成例を示す図である。図３において、中央処理装置３０は演算装置３１及び記憶媒体である主記憶装置３２を備えている。また、中央処理装置３０に対して、例えばＣＲＴのような表示装置３３、例えばキーボードのようなデータ入力装置３４、例えばマウスのようなポインティング入力装置３５、例えば磁気ディスクのような記憶媒体である補助記憶装置３６、例えばイーサネット（登録商標）カードのようなネットワーク通信装置３７が接続されている。

ここで、図３に示した各ハードウェアモジュールと図１に示した各手段との対応関係を示す。計画入力手段１は、ネットワーク通信装置３７、データ入力装置３４及びポインティング入力装置３５に対応する。計画表示手段２及び差異表示手段４は、表示装置３３に対応する。計画出力手段３は、ネットワーク通信装置３７に対応する。計画組合手段５及び計画改善手段６は、演算装置３１と主記憶装置３２に対応する。制約変更手段７及び評価関数変更手段８は、データ入力装置３４、ポインティング入力装置３５及び表示装置３３に対応する。計画管理手段９と制約管理手段１０と評価関数管理手段１１は、主記憶装置３２と補助記憶装置３６に対応する。

また、本発明を適用した生産計画改善装置を用いて利用者が行う操作は、以下の８つに分けることができる。以下に示す各操作の括弧内の内容は、各操作と図１に記載の各手段との対応を示すものである。

（１）計画入力操作（計画入力手段１と計画管理手段９）
（２）計画表示操作（計画表示手段２と計画管理手段９）
（３）制約変更操作（制約変更手段７と制約管理手段１０）
（４）評価関数変更操作（評価関数変更手段８と評価関数管理手段１１）
（５）計画改善操作（計画改善手段６と計画管理手段９と制約管理手段１０と評価関数管理手段１１）
（６）差異表示操作（差異表示手段４と計画管理手段９）
（７）計画組合操作（計画組合手段５と計画管理手段９）
（８）計画出力操作（計画出力手段３と計画管理手段９）

上記の８つの操作を、図３で示したパーソナルコンピュータ上で行う場合には、該パーソナルコンピュータ上において各操作に対応するプログラムが実行される。このプログラムは、図４に示すように、上述の８つの操作に対応して、ステップＳ４１〜ステップＳ４８の８つに分けられている。

図５はパーソナルコンピュータを起動させた直後の表示装置３３のメイン画面４０であるが、上記８つの操作は、図５のメイン画面４０に表示されているボタン４１〜ボタン４８に対応する。図４に示す操作選択ステップＳ４０は、本装置利用者がポインティング入力装置３５を使用して、これらのボタンの中から所望の操作に対応するボタンをクリックすることにより行われる。また、メイン画面４０の終了ボタン４９をポインティング入力装置３５でクリックすることにより、プログラムは終了する。

また、図５のメイン画面４０において、ウィンドウ５０は計画管理手段９で管理されている生産計画を表示するエリアである。ウィンドウ５１は改善前計画を表示するエリアである。ウィンドウ５２は改善後計画を表示するエリアである。

以下、上記８つの操作の詳細を説明するが、説明にあたっては、本発明の生産計画改善装置を連続鋳造機のキャスト計画を立案する場合に用いた例を説明する。そして、本例においてキャスト計画の対象となる製品（スラブ）の品種は４種類とし（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの鋼種コードで区別する）、鋳造巾（スラブ巾）は１０００ｍｍと１２００ｍｍとの２種類とする。

また、製造制約及び評価関数を定める。鋼種コードが異なるチャージを連々鋳する場合（異鋼種連々鋳と呼ばれ、例えば鋼種Ａと鋼種Ｂのチャージを連続で連続鋳造する場合に相当）は、そのチャージの切れ目の品質が劣化したり、鋳造巾が異なるチャージを連々鋳する場合（巾変更と呼ばれ、例えば鋳造巾１０００ｍｍと１２００ｍｍのチャージを連続で連続鋳造する場合に相当）は、巾変化部分を切り捨てる必要があったりする。このような事態は、品質やコストの観点から望ましくなく、なるべく同一鋼種で同一鋳造巾のチャージを連々鋳した方が望ましい。加えて、１つの連々鋳単位であるキャストで多くのチャージを連々鋳した方が、段取り替えの手間や段取り替え時間、品質上の観点から望ましく、キャスト計画中のキャスト数は少ない方が望ましい。

そこで、本例では、製造制約として、下記の式（１）と式（２）、及び表１の異鋼種連々鋳テーブルを定める。この製造制約において、本装置利用者は、式（１）と式（２）の右辺の係数Ｃ１、Ｃ２と、表１の数値（０又は１）を変更可能であるものとする。式（１）の製造制約は、複数チャージを１つのキャストとして連々鋳する際のチャージ数の上限制約を意味しており、式（２）の製造制約は、キャスト計画中のキャスト数の上限制約を意味している。また、表１の異鋼種連々鋳テーブルは、連々鋳可能な鋼種の組合せを表し、「１」は連々鋳可能、「０」は連々鋳不可を意味する（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは鋼種コード）。

連々鋳可能チャージ数 ≦ Ｃ１ …（１）
キャスト数 ≦ Ｃ２ …（２）

また、本例では、評価関数として、下記の式（３）を定める。この評価関数において、本装置利用者は、評価関数の係数であるＫ１，Ｋ２，Ｋ３を変更可能であるものとする。

評価関数 ＝ Ｋ１×キャスト数 ＋ Ｋ２×異鋼種連々鋳回数 ＋ Ｋ３×巾変更回数 …（３）

ここで、式（３）の「キャスト数」とは、キャスト計画中のキャストの数である。「異鋼種連々鋳回数」とは、キャスト計画中の異鋼種連々鋳を行った回数であり、例えば、鋼種Ａと鋼種Ｂのチャージを連々鋳した場合に、１回とカウントする。「巾変更回数」も同様に、キャスト計画中の巾変更を行った回数であり、例えば、鋳造巾１０００ｍｍと１２００ｍｍのチャージを連々鋳した場合に、１回とカウントする。

また、本装置の計画改善手段６では、式（１）と式（２）及び表１の異鋼種連々鋳テーブルの製造制約を満足し、式（３）の評価関数の値が、改善前計画より小さくなる改善後計画を、改善前計画の一部分を変更することにより複数算出する。この一部分の変更は図９〜図１１に例示する以下の変更操作１〜変更操作３を意味しているが、改善前計画と改善後計画との違いが短時間で理解できる程度の小規模な変更であれば、これら以外の変更操作でも構わない。

（変更操作１）２つのチャージを交換（図９に例示）
（変更操作２）２つのキャストを分割（図１０に例示）
（変更操作３）２つのキャストを結合（図１１に例示）

以上の条件を踏まえ、上記８つの操作について、図を用いて詳述する。
＜計画入力操作＞
本装置利用者がポインティング入力装置３５で計画入力操作ボタン４１をクリックすると、計画入力操作ステップＳ４１が起動され、計画入力手段１は、ネットワークで接続された外部機器からネットワーク通信装置３７を介して、初期計画を本装置内に読込む。計画入力手段１は、読込んだ初期計画を計画管理手段９へ送り、計画管理手段９は、主記憶装置３２と補助記憶装置３６に初期計画を記憶・管理する。

次に、計画入力手段１は、図６のように、ウィンドウ５０の最上段に、初期計画ボタン５３を表示させ、初期計画からキャスト数と異鋼種連々鋳回数及び巾変更回数を自動的に計算し、初期計画ボタン５３内に、それらの値を、各々「キャスト数」、「異連々」、「巾変更」文字と共にその右部に表示する。

＜計画表示操作＞
本装置利用者がポインティング入力装置３５で、図６に示すメイン画面４０の初期計画ボタン５３をクリックし、続いて、計画表示操作ボタン４２をクリックすると、計画表示操作ステップＳ４２が起動され、計画表示手段２は、計画管理手段９から初期計画を取得し、図６のように、初期計画をウィンドウ５１に表示させる。ここで、初期計画はキャスト５４〜キャスト５９の６つのキャストから構成されており、各キャストには、１つのチャージに相当する四角形が水平に並んでおり（四角形内部は鋼種コードと鋳造巾を表示）、左のチャージから順番に鋳造することを意味している。キャスト５４〜キャスト５７にはそれぞれ異鋼種連々鋳が１回（鋼種Ａと鋼種Ｂの異鋼種連々鋳）で合計４回の異鋼種連々鋳、キャスト５６とキャスト５７にはそれぞれ巾変更が１回（鋳造巾１２００ｍｍと１０００ｍｍの巾変更）で合計２回の巾変更が存在している。

＜制約変更操作＞
本例では、キャスト計画の製造制約は式（１）と式（２）及び表１であり、制約管理手段１０は、式（１）と式（２）の右辺の係数であるＣ１とＣ２の値、及び、表１の異鋼種連々鋳テーブルの値を主記憶装置３２又は補助記憶装置３６に記憶・管理している。本装置利用者がポインティング入力装置３５で、制約変更操作ボタン４３をクリックすると、制約変更操作ステップＳ４３が起動され、制約変更手段７は、図７のように、表示装置３３に制約変更ウィンドウ６０を表示させる。次に、本装置利用者がデータ入力装置３４で、データ入力エリア６１にＣ１の値、データ入力エリア６２にＣ２の値、データ入力エリア６３に異鋼種連々鋳テーブルの値を入力し、閉じるボタン６４をポインティング入力装置３５でクリックすると、制約変更手段７は、入力された数値を制約管理手段１０へ送り、制約管理手段１０は記憶・管理しているＣ１とＣ２及び異鋼種連々鋳テーブルの値を変更する。最後に、制約変更手段７は、ウィンドウ６０を非表示とする。

例えば、本例では、本装置利用者が、鋼片の品質上の問題から、連々鋳可能チャージ数の上限値として、データ入力エリア６１に「６」を入力し、初期計画のキャスト数以下の改善後計画を求めるため、キャスト数の上限値として、データ入力エリア６２に「６」を入力し、異鋼種連々鋳テーブル６３は表１の数値のまま変更せずに、閉じるボタン６４クリックしたとして説明する。

＜評価関数変更操作＞
本例では、キャスト計画の評価関数は式（３）であり、評価関数管理手段１１は、右辺の係数であるＫ１、Ｋ２及びＫ３の値を主記憶装置３２又は補助記憶装置３６に記憶・管理している。本装置利用者がポインティング入力装置３５で、評価関数変更操作ボタン４４をクリックすると、評価関数変更操作ステップＳ４４が起動され、評価関数変更手段８は、図８のように、表示装置３３に評価関数変更ウィンドウ７０を表示させる。次に、本装置利用者がデータ入力装置３４で、データ入力エリア７１〜データ入力エリア７３に数値を入力し、閉じるボタン７４をポインティング入力装置３５でクリックすると、評価関数変更手段８は、入力された数値を評価関数管理手段１１へ送り、評価関数管理手段１１は記憶・管理しているＫ１、Ｋ２及びＫ３の値を変更する。最後に、評価関数変更手段８は、ウィンドウ７０を非表示とする。

例えば、本例では、本装置利用者が、キャスト数と異鋼種連々回数と巾変更回数の全てが改善する計画を求めようと考え、データ入力エリア７１〜データ入力エリア７３に全て「１」を入力して、閉じるボタン７４をクリックしたとして説明する。

＜計画改善操作＞
本装置利用者がポインティング入力装置３５で、図６の初期計画ボタン５３をクリックし、続いて、計画改善操作ボタン４５をクリックすると、計画改善操作ステップＳ４５が起動され、計画改善手段６は、計画管理手段９から初期計画を改善前計画として取得し、前記変更操作１〜変更操作３に従って、改善前計画を変更した生産計画を自動的に複数作成する。そして、変更した生産計画が制約管理手段１０で記憶・管理されている製造制約（本例の場合、式（１）、式（２）及び表１の異鋼種連々鋳テーブル）を満足しているか否かを確認し、満足している場合、評価関数管理手段１１で記憶・管理されている評価関数（本例の場合、式（３））を用いて変更した生産計画の評価値を算出し、この評価値が改善前計画の評価値より改善されていれば、変更した生産計画を改善後計画として計画管理手段９へ送る。計画管理手段９は、送られた複数の改善後計画を主記憶装置３２又は補助記憶装置３６に記憶・管理する。次に、計画改善手段１は、図１２のように、ウィンドウ５０に、複数の改善後計画の各々に対応した改善後計画ボタンとして、改善後計画ボタン９０〜改善後計画ボタン９２を表示させ（改善後計画は３つとしている）、各々の改善後計画からキャスト数と異鋼種連々鋳回数及び巾変更回数を自動的に計算し、それらの値を、対応する改善後計画ボタン内に、各々「キャスト数」、「異連々」、「巾変更」文字と共にその右部に表示する。なお、本例では、図１２に参照されるように初期計画ボタン５３に対して改善後計画ボタン９０、９１及び９２が１段ずれるようにして表示されている。これにより、視認性の向上を図っている。また、図１２のウィンドウ５２に表示された改善後計画は、改善後計画ボタン９０に対応するものである。

本例では、変更操作１〜変更操作３により、図１３(ａ)〜(ｃ)の３つの改善後計画が算出されたとする。図１３(ａ)〜(ｃ)に示される改善後計画は、各々改善後計画ボタン９０〜改善後計画ボタン９２に対応した改善後計画であり、図６に表示されている初期計画と異なっている部分を太枠で明示している。

＜差異表示操作＞
本装置利用者がポインティング入力装置３５で、図１２の改善後計画ボタン９０をクリックし、続いて、差異表示ボタン４６をクリックすると、差異表示操作ステップＳ４６が起動され、差異表示手段４は、計画管理手段９から改善後計画ボタン９０に対応する改善後計画と改善前計画（この場合初期計画）を取得し、それぞれ、ウィンドウ５２とウィンドウ５１に表示する。この際、本装置利用者が改善前計画と改善後計画との差異が短時間で理解できるよう、差異表示手段４は、図１２のウィンドウ５１とウィンドウ５２のように、異なっている部分（変更された部分）を太枠で表示する。

本装置利用者が図１２の改善後計画ボタン９１をクリックした場合には、差異表示手段４は、図１３(ｂ)の改善後計画をウィンドウ５２に表示する。同様に、改善後計画ボタン９２をクリックした場合には、図１３(ｃ)の改善後計画をウィンドウ５２に表示する。なお、改善前計画と改善後計画の異なる部分に応じてウィンドウ５１に表示している改善前計画の太枠も変更する。

本装置利用者が、図１２の差異表示操作ボタン４６を用いて、改善後計画ボタン９０に対応する改善後計画（図１３(ａ)の改善後計画であり、図１２のウィンドウ５２に表示されている計画）と改善前計画（初期計画であり、図１２のウィンドウ５１に表示されている計画）との差異を確認後、納得できたとし、再び、改善後計画ボタン９０をクリックして、計画改善操作ボタン４５をクリックすると、前記「計画改善操作」に記載された手順に従って、図１３(ａ)の改善後計画を改めて改善前計画として、図１５(ａ)と(ｂ)の改善後計画が自動的に算出され、これら計画に対応して、図１４のように、ウィンドウ５０に、改善後計画ボタン９３と改善後計画ボタン９４とが表示される。なお、本例では、図１４に参照されるように改善前計画（ここでは、改善後計画ボタン９０）に対して改善後計画ボタン９３及び９４が１段ずれるようにして表示されている。これにより、視認性の向上を図っている。

本装置利用者が、図１４の差異表示操作ボタン４６をクリックして、改善後計画ボタン９３に対応する改善後計画（図１５（ａ）の改善後計画であり、図１４のウィンドウ５２に表示されている計画）と改善前計画（図１４のウィンドウ５１に表示されている改善後計画）との差異を確認後、納得できたとし、再び、改善後計画ボタン９３をクリックして、計画改善操作ボタン４５をクリックすると、前記「計画改善操作」に記載された手順に従って、図１５（ａ）の改善後計画を改めて改善前計画として、図１７（ａ）の改善後計画が自動的に算出され、その計画に対応して、図１６のように、ウィンドウ５０に、改善後計画ボタン９５が表示される。

次に、例えば本装置利用者が、鋼種Ｃと鋼種Ｄのチャージを異鋼種連々鋳することは品質上望ましくないと考え、改善後計画ボタン９５に対応する改善後計画（図１７（ａ）の改善後計画）に納得できなかったとする。そこで、本装置利用者が図１６の制約変更操作ボタン４３をクリックすると、制約変更操作ステップＳ４３が起動され、制約変更手段７は、図７の制約変更ウィンドウ６０を表示装置３３に表示させる。本装置利用者が異鋼種連々鋳テーブル６３の鋼種Ｃと鋼種Ｄに関わる部分を下記の表２のように修正し、再び、図１６の改善後計画ボタン９３をクリックして、計画改善操作ボタン４５をクリックしたとすると、今度は、改善後計画が１つも算出されず、計画改善手段６は、図１８のダイアログウィンドウ１００を表示装置３３に表示させる。ダイアログウィンドウ１００の閉じるボタン１０１を本装置利用者がポインティング入力装置３５でクリックすると、計画改善手段６は、ダイアログウィンドウ１００を非表示にする。

＜計画組合操作＞
上記のように、本装置利用者は複数の改善後計画の中から１つを選択して、計画改善操作を繰り返し、徐々に初期計画を改善しても構わないが、複数の改善後計画とその改善前計画との差異を確認したとき、納得できる改善後計画が複数存在することもある。このような場合には、例えば、図１２のウィンドウ５０において、本装置利用者が納得できた図１３（ａ）と図１３（ｂ）の改善後計画に対応した、改善後計画ボタン９０と改善後計画ボタン９１を順にポインティング入力装置３５で順にクリックし、計画組合操作ボタン４７をクリックすると、計画組合操作ステップＳ４７が起動され、計画組合手段５は、改善後計画ボタン９０と改善後計画ボタン９１に対応した、図１３（ａ）と図１３（ｂ）の改善後計画を計画管理手段９から取得し、改善前計画（この場合は初期計画）からの変更点を自動的に組み合せた生産計画を算出する。そして、組み合せた生産計画が制約管理手段１０で記憶・管理されている製造制約（本実施例の場合、式（１）、式（２）及び表１の異鋼種連々鋳テーブル）を満足しているか否かを確認し、満足している場合、評価関数管理手段１１で記憶・管理されている評価関数（本例の場合、式（３））を用いて組み合せた生産計画の評価値を算出し、この評価値が改善前計画の評価値より改善されていれば、組み合せた生産計画を新たな改善後計画として計画管理手段９へ送り、ウィンドウ５０に改善後計画ボタン９６を表示させる。計画組合手段５で算出された改善後計画は、図１９のウィンドウ５２に表示されている改善後計画であり、図１５（ａ）の改善後計画（図１４の改善後計画ボタン９３に対応）と同じである。上述の差異表示操作の説明においては、図１５（ａ）の改善後計画の算出までには、計画改善手段６を２回繰り返したす必要があったが、計画組合手段５により、１回の計画改善手段６で同じ改善後計画が得られた。このように計画改善手段６を用いれば、計画改善手段６の繰り返し回数を少なくすることができる。

＜計画出力操作＞
本装置利用者は、図１８のダイアログウィンドウ１００により、更なる改善後計画が存在しないことを確認し、ポインティング入力装置３５を用いて、図１６の改善後計画ボタン９３をクリックした後、計画出力操作ボタン４８をクリックすると、計画出力操作ステップＳ４８が起動され、計画出力手段３は、改善後計画ボタン９３に対応した図１５（ａ）の改善後計画を、計画管理手段９から取得し、ネットワーク通信装置３７を介して、外部機器へ出力する。

そして、本装置利用者がポインティング入力装置３５で終了ボタン４９をクリックすると、本装置を実行するためのプログラムが終了する。

以上説明したように、本装置利用者は、予め立案した初期計画を、計画入力操作ボタン４１を用いて本装置内に入力し、計画表示操作ボタン４２〜計画組合操作ボタン４７を繰返し用い、変更箇所を確認しながら、初期計画を段階的に改善し、計画出力操作ボタン４８を用いて、改善後計画を出力する。つまり、従来の自動立案システムのように、予め設定されたロジックや評価関数に基づき、初期計画から最終的な改善後計画をダイレクトに算出する手法ではなく、本願発明の生産計画改善装置では、本装置が算出した改善後計画の変更箇所を本装置利用者が逐次確認しながら、段階的に改善後計画を立案する手法で最終的な改善後計画を得る。本装置が算出した改善後計画の変更箇所を本装置利用者が逐次確認しながら、段階的に改善後計画を立案する手法で質を向上させた改善後計画を得ることができるため、計画立案時の熟練者の見落としを防止でき、かつ、技能レベルの差も縮めることができる。また、たとえ本装置が納得できる改善後計画を出力できないとしても、本装置を用いることにより、熟練者は見落としが無いことの確認や、生産計画の妥当性の確証を得ることができる。

また、本装置では、短時間で立案した粗の初期計画を用いた場合においても、品質・コスト・スループット上、無駄が残る部分を自動的に改善した改善後計画を複数算出してくれるため、手作業で立案するよりは、最終的な生産計画を立案するまでの時間が短縮させることができる。

更に、初期計画は熟練者が考えたものであり、改善前計画（初回は初期計画）と改善後計画は常に一部分の差異しかないため、特許文献２〜特許文献５のように、自動立案結果を１つ１つ丹念に確認する必要はない。しかも、改善後計画の採用可否は熟練に任せているため、自動立案された理解し難い改善後計画を本装置利用者に押し付けるイメージはなく、本装置とその利用者が協力して改善後計画を立案するイメージであるため、本装置利用者が常に納得できる生産計画を立案でき、熟練者が常に納得できる生産計画を立案でき、本装置が使われなくなることもない。

なお、本実施形態においては、連続鋳造機のキャスト計画を立案する場合に本発明の生産計画改善装置を用いた例を挙げたが、圧延機の圧延ロット計画を立案する場合等にも本発明の生産計画改善装置を好適に用いることができる。また、本発明の生産計画改善装置は、特に熟練者によって使用されることが好適であるが、熟練者でない利用者であっても好適に使用することができ、この場合においても、本発明の生産計画改善装置は、熟練者が使用した場合と同様の効果を発揮する。

本発明の実施の形態に係る生産計画改善装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る生産計画改善装置の標準的な使い方を表すフローチャートである。 本発明の生産計画改善装置を実現するためのパーソナルコンピュータの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において、プログラムにより本発明の生産計画改善装置による処理を実行する際の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される起動直後のメイン画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画入力後のメイン画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される製造制約を変更するための製造制約変更ウィンドウを示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される評価関数を変更するための評価関数変更ウィンドウを示す図である。 本発明の生産計画改善装置において実行される２つのチャージを交換する変更操作１を説明するための図である。 本発明の生産計画改善装置において実行される２つのキャストを分割する変更操作２を説明するための図である。 本発明の生産計画改善装置において実行される２つのキャストを結合する変更操作３を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を１回改善したときのメイン画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を１回改善したときの改善後計画を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を２回改善したときのメイン画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を２回改善したときの改善後計画を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を３回改善したときのメイン画面を示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される初期計画を３回改善したときの改善後計画を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において改善後計画が算出されなかった場合に表示されるダイアログウィンドウを示す図である。 本発明の実施の形態に係るパーソナルコンピュータ上において表示される改善後計画を組合せた後のメイン画面を示す図である。 連続鋳造機の断面図である。

符号の説明

１ 計画入力手段
２ 計画表示手段
３ 計画出力手段
４ 差異表示手段
５ 計画組合手段
６ 計画改善手段
７ 制約変更手段
８ 評価関数変更手段
９ 計画管理手段
１０ 制約管理手段
１１ 評価関数管理手段
３０ 中央処理装置
３１ 演算装置
３２ 主記憶装置
３３ 表示装置
３４ データ入力装置
３５ ポインティング入力装置
３６ 補助記憶装置
３７ ネットワーク通信装置
４０ メイン画面
４１〜４９ 操作選択ボタン
５０、５１、５２ ウィンドウ
５３ 初期計画ボタン
５４〜５９ キャスト
６０ 制約変更ウィンドウ
６１、６２、７１、７２、７３ データ入力エリア
６３ 異鋼種連々鋳テーブルのデータ入力エリア
６４、７４、１０１ 閉じるボタン
７０ 評価関数変更ウィンドウ
９０〜９６ 改善後計画ボタン

Claims (2)

1. 製造プロセスの生産計画を改善するための生産計画改善装置であって、
   改善対象生産計画を入力する計画入力手段と、
   前記計画入力手段で入力される改善対象生産計画を初期計画として、該初期計画と該初期計画を改善した後の生産計画である複数の改善後計画とを管理する計画管理手段と、
   前記計画管理手段で管理されている改善前後の生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を表示する計画表示手段と、
   前記製造プロセスの製造制約を管理する制約管理手段と、
   生産計画の良否を表す評価値を算出するための関数である評価関数を管理する評価関数管理手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を改善前計画とし、該改善前計画の一部分を変更した生産計画を複数作成し、該変更した生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該変更した生産計画に対する評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該変更した生産計画を改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画改善手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した複数の生産計画の改善前計画からの変更点を組み合せた生産計画を作成し、該組み合せた生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該組み合せた生産計画に対する評価関数の評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該生産計画を新たな改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画組合手段と、
   前記改善前計画と前記改善後計画の異なる部分を表示する差異表示手段と、
   前記制約管理手段で管理されている製造制約を、当該装置利用者が変更するための制約変更手段と、
   前記評価関数管理手段で管理されている評価関数を、当該装置利用者が変更するための評価関数変更手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を出力する計画出力手段と、を備えることを特徴とする生産計画改善装置。
2. 製造プロセスの生産計画を改善するための生産計画改善装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
   改善対象生産計画を入力する計画入力手段と、
   前記計画入力手段で入力される改善対象生産計画を初期計画として、該初期計画と該初期計画を改善した後の生産計画である複数の改善後計画とを管理する計画管理手段と、
   前記計画管理手段で管理されている改善前後の生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を表示する計画表示手段と、
   前記製造プロセスの製造制約を管理する制約管理手段と、
   生産計画の良否を表す評価値を算出するための関数である評価関数を管理する評価関数管理手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を改善前計画とし、該改善前計画の一部分を変更した生産計画を複数作成し、該変更した生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該変更した生産計画に対する評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該変更した生産計画を改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画改善手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した複数の生産計画の改善前計画からの変更点を組み合せた生産計画を作成し、該組み合せた生産計画が前記製造制約を満足する場合、前記評価関数を用い、該組み合せた生産計画に対する評価関数の評価値を算出し、該評価値が前記改善前計画の評価値より改善される場合、該生産計画を新たな改善後計画として、前記計画管理手段へ追加する計画組合手段と、
   前記改善前計画と前記改善後計画の異なる部分を表示する差異表示手段と、
   前記制約管理手段で管理されている製造制約を、当該装置利用者が変更するための制約変更手段と、
   前記評価関数管理手段で管理されている評価関数を、当該装置利用者が変更するための評価関数変更手段と、
   前記計画管理手段で管理されている生産計画のうちの当該装置利用者が指定した生産計画を出力する計画出力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。

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