JP5332265B2

JP5332265B2 - 鋼管製品の素材鋼帯設計装置及び溶接鋼管の製造方法

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Publication number: JP5332265B2
Application number: JP2008087621A
Authority: JP
Inventors: 修司久山; 伸司富山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009241080A

Description

本発明は、素材鋼帯から複数のスケルプを切り出し、切り出したスケルプから注文に係る鋼管製品を製造できるように、発注する素材鋼帯を設計する鋼管製品の素材鋼帯設計装置及び素材鋼帯の設計内容を基に溶接鋼管を製造する溶接鋼管の製造方法に関する。

溶接鋼管（鋼管製品）の製造方法を図１０を用いて説明する。同図は、溶接鋼管の製造工程を示す図である。溶接鋼管の製造では、一般的に、素材鋼帯１００となる広幅鋼帯を溶接鋼管の周長に合った所定の幅にスリットし、平たい鋼帯（以下、スケルプという。）１０１を得る。具体的には、所定の幅にスリットした鋼帯を巻きつけてスケルプ１０１を得ている。そして、スケルプ１０１の短辺方向の両端を溶接し、溶接鋼管を製造している。このように、溶接鋼管の製造では、エンドレスに管状成形・溶接することで造管する方法を採用している。

このような溶接鋼管の製造において、必要となる素材鋼帯を設計するものとして溶接鋼管の素材設計がある。溶接鋼管の素材設計とは、素材鋼帯から溶接鋼管（注文製品）を切り出す設計、或いは素材鋼帯に溶接鋼管を割り当てる設計である。この溶接鋼管の素材設計により、鋼管製品の製造に必要な素材鋼帯の素材規格、素材厚、素材幅及び素材長さを決定することができる。

ここで、鋼管製品は、管外径、肉厚、管長、機械的強度及び熱耐性等の素材特性（素材鋼帯の特性）によって分類される。そのため、製造しようとする鋼管製品に対応して、少なくとも同一素材規格（材料、機械的強度及び熱耐性等）及び同一厚を有する素材鋼帯を発注する必要がある。また、スリット時（スケルプの製造時）に素材鋼帯から出る鋼帯切れ端部分（残余分）が可能な限り少なくなるように素材鋼帯の素材幅を決めるため、どの鋼管製品（注文製品）を素材鋼帯から製造するのか（組み合わせ）を予め決めておく必要がある。

以上のよう溶接鋼管の素材設計では、同一素材規格及び同一厚からなる鋼管製品をどのように組み合わせて、一つの素材鋼帯に割当てるかが歩留にとって重要である。しかし、溶接鋼管の素材設計では歩留にとって重要であるとしながらも、関連する特許公報等の従来技術は、これといって存在していない。例えば、特許文献１及び２には、鋼管ではないが、条鋼の素材設計に関する技術が開示されている。しかし、条鋼の切り出しが１次元であるのに対し、鋼管の切り出しが２次元であるため、条鋼の技術を鋼管の技術としてそのまま利用することはできない。

ここで、一般的な溶接鋼管の素材設計方法として次のようなものがある。
先ず、各注文製品（鋼管製品）を製造するのに必要なスケルプの寸法と素材規格とを求める。そして、スケルプを素材規格、厚み及び幅が同一となるグループ（ロット）としてまとめ、ロットごとに合計重量を算出する。そして、算出したロットの合計重量に製造段階でロスになる予測重量を加算した値を、該ロットに含まれる注文製品（鋼管製品）を製造するために必要な発注鋼帯（素材鋼帯）の合計重量としている。そして、発注鋼帯の合計重量を基に、素材鋼帯の鋼帯幅、鋼帯長さ、鋼帯数及びスリット幅（スケルプ幅）を決めている。その際、鋼帯製造設備やスリッター設備、精整設備、物流設備等の制約をかけて、鋼帯幅、鋼帯長さ、１鋼帯あたりの重量（以下、鋼帯単重という。）を決めている。また、１つの素材鋼帯から異なるロットを切り出すようなことは行っていない。つまり、１つの素材鋼帯に対するスリット幅は常に等間隔であり、１つの素材鋼帯から切り出されるスケルプの幅は全てが同じであるとしている。
特開２００３−１４０７２７号公報特開平５−１３８４３２号公報

ところで、需要者の要望の多様化等のため、近年の鋼管製品に対する製品区分が細分化してきている。このため、同一素材規格及び同一厚の素材鋼帯から切り出す注文製品（鋼管製品）が減少し、注文の最小単位となる最小鋼帯単重に全ロットの合計重量（製造段階でロスになる予測重量を含む）が満たない発注が増えている。その結果、注文製品の製造のために素材鋼帯がスリットされたものの、鋼管製品の製造に使用されないスケルプが在庫となる場合が多くなってきている。このため、オーダに対して在庫のスケルプを引当てることも考えられるが、リピート性の低いロットのスケルプは長期間の在庫となる。これにより、特に、数ヶ月たっても引当てられないリピート性の低いロットのスケルプの在庫は、さび発生等の品質上の懸念から、結局、数ヶ月保持された後、外販又はスクラップとし処理されることになる。このため、スケルプの在庫量の増加、外販又はスクラップ量の増加による歩留低下という課題が発生している。
本発明の課題は、スケルプの余剰量削減を可能にすることである。

前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置は、素材鋼帯から複数のスケルプを切り出し、切り出したスケルプから注文に係る鋼管製品を製造できるように、発注する素材鋼帯を設計する鋼管製品の素材鋼帯設計装置であって、前記注文に係る鋼管製品の情報を格納する注文情報格納手段と、注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの情報を格納する注文頻度情報格納手段と、前記素材鋼帯の寸法情報及び前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記素材鋼帯と該素材鋼帯から製造する前記注文に係る鋼管製品とを対応付けるとともに、該対応付けに係る素材鋼帯について、該対応付けに係る注文に係る鋼帯製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯設計手段と、前記発注素材鋼帯設計手段の前記決定に係る素材鋼帯のうち、切り出すスケルプの総重量が、鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重に満たない素材鋼帯を特定し、その特定した素材鋼帯の重量が前記最小単重以上になるように、該素材鋼帯について、前記注文に係る鋼帯製品を製造するためのスケルプ及び前記注文頻度情報格納手段の格納情報が示す注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯再設計手段と、を備え、前記発注素材鋼帯再設計手段が、前記素材鋼帯の寸法情報、前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報及び前記注文頻度情報格納手段の格納情報である注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの情報を基に、前記注文に係る鋼管製品を少なくとも製造する制約、スケルプの寸法及び前記注文に係る鋼管製品の寸法を考慮して該スケルプから該注文に係る鋼管製品を製造する制約、前記素材鋼帯の寸法、前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法及び前記注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの寸法を考慮して前記素材鋼帯からそれらスケルプを切り出す制約、及び前記素材鋼帯の重量が最小単重以上にする制約を全て満たしつつ、それらスケルプを切り出す素材鋼帯が複数種類ある場合に、その複数種類の素材鋼帯の総重量が最小値となるように、前記素材鋼帯と前記注文に係る鋼管製品との対応付けを選定しており、その選定した対応付けに係る素材鋼帯について、その対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプ及び前記注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定することを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置は、請求項１に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置において、前記発注素材鋼帯設計手段が、前記素材鋼帯の寸法情報及び前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記注文に係る鋼管製品を少なくとも製造する制約、スケルプの寸法及び前記注文に係る鋼管製品の寸法を考慮して該スケルプから該注文に係る鋼管製品を製造する制約、前記素材鋼帯の寸法及び前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法を考慮して該素材鋼帯から該スケルプを切り出す制約、及び前記素材鋼帯の重量が最小単重以上にする制約を全て満たしつつ、前記スケルプを切り出す素材鋼帯が複数種類ある場合に、その複数種類の素材鋼帯の総重量が最小値となるように、前記素材鋼帯と前記注文に係る鋼管製品との対応付けを選定しており、その選定した対応付けに係る素材鋼帯について、その対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定することを特徴とする。

また、本発明に係る請求項３に記載の溶接鋼管の製造方法は、請求項１又は２に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置により決定された素材設計に基づいて、溶接鋼管を製造することを特徴とする。

本発明によれば、切り出すスケルプの総重量が最小単重に満たない素材鋼帯について、最小単重以上になるように、注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを割り当てる設計をすることで、スケルプの在庫を減少させることができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
（構成）
本実施形態は、本発明を適用した鋼管製品の素材鋼帯設計システムである。
図１は、素材鋼帯設計システムの構成例を示す。同図に示すように、素材鋼帯設計システムは、注文情報ＤＢ（データベース）１、発注素材設計部２、発注素材再設計部３、注文頻度情報ＤＢ４及び発注素材情報ＤＢ５を備える。素材鋼帯設計システムは、例えばパーソナルコンピュータにより実現されている。この場合、発注素材設計部２及び発注素材再設計部３は、ＣＰＵ等の演算処理手段により実現され、注文情報ＤＢ１、注文頻度情報ＤＢ４及び発注素材情報ＤＢ５は、メモリ等の記憶手段により実現される。

注文情報ＤＢ１には、注文製品情報を格納している。注文製品情報とは、受注処理された顧客注文製品情報のことである。注文製品情報には、注文製品である鋼管製品（溶接鋼管）についての情報、例えば、納期や製品仕様、注文数量等の情報が含まれている。
発注素材設計部２及び発注素材再設計部３で、主に素材鋼帯の設計等、各種処理を行う。発注素材設計部２、発注素材再設計部３の順で処理を実施し、発注素材設計部２は、歩留が最小となるように、注文の組合せと素材鋼帯の寸法とを決定する。注文の組合せとは、素材鋼帯と該素材鋼帯から切り出す注文（鋼管製品）との組み合わせであり、素材鋼帯の寸法とは、その組み合わせを基に決定される素材鋼帯の寸法である。発注素材設計部２の処理内容については、後で図３及び図４を用いて詳述する。

ここで、図２は、本実施形態において扱う「ブロック」、「素材鋼帯」、「ロット」及び「注文」の関係を示す。同図に示すように、「ブロック」とは、素材規格が同一（同一素材規格）及び厚さが同一（同一厚）の「素材鋼帯」の集まりをいう。ここで、素材規格とは、素材鋼帯の規格であり、材料成分、機械的強度及び熱耐性等により決まる。「素材鋼帯」とは、素材規格が同一（同一素材規格）、厚さが同一（同一鋼帯厚又は同一素材厚）、幅が同一（同一鋼帯幅又は同一素材幅）及び長さが同一（同一鋼帯長さ又は同一素材長さ）となる「ロット」の集まりをいう。「ロット」とは、素材規格が同一（同一素材規格）、厚さが同一（同一素材厚）及び幅が同一（同一スケルプ幅、同一素材幅）の「オーダ（注文）」の集まりをいう。「オーダ」とは、鋼管製品そのものについての情報であり、長さ及び数で決定される。また、「ロット」は、通常複数の「スケルプ」からなり、「スケルプ」は、該スケルプから切り出す「オーダ」の集まりをいう。

発注素材再設計部３は、素材鋼帯の寸法の再計算を行う。具体的には、発注素材再設計部３は、割り当てられたスケルプの総重量が最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯に、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプを割り当てて、注文の組合せと素材鋼帯の寸法とを再計算する。最小鋼帯単重とは、鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重（発注可能最小単重）である。例えば、鋼帯製造設備や鋼帯製造能率等の鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重（発注可能最小単重）、又は素材鋼帯の製造元で素材鋼帯の製造の歩留を基に決定した最小単重（発注可能最小単重）である。また、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプとは、注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプのことをいう。すなわち、同一規素材規格、同一厚及び周長と同じ幅を有するスケルプから鋼管製品を製造することから、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプとは、注文頻度が高い鋼管製品と同一規素材規格、同一厚及びその周長と同一幅を有するスケルプとなる。この発注素材再設計部３の処理内容については、後で図５を用いて詳述する。

注文頻度情報ＤＢ４には、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプの情報を格納している。発注素材情報ＤＢ５には、発注素材情報を格納している。発注素材情報は、素材製造工程や工場に発注を掛けるために用いられる。発注素材情報としては、発注素材再設計部２で設計した情報、例えば、注文の組合せと素材鋼帯の寸法の情報や、発注素材再設計部３で再設計した情報、例えば、再設計に係る注文の組合せと素材鋼帯の寸法がある。また、発注素材情報ＤＢ５には、素材鋼帯の設計に必要な情報、例えば素材鋼帯の情報（素材規格、素材厚）も格納されている。

図３は、発注素材設計部２の処理内容を示す。同図に示すように、処理を開始すると、先ずステップＳ１において、注文製品情報を検索する。具体的には、注文情報ＤＢ１から、在庫引当を行っていない注文製品情報を取り出す。
続いてステップＳ２において、最適素材設計を計算する。具体的には、制約式（制約条件）となる下記（１）式〜（８）式の全て満たし、かつ（９）式の値を最小化するように、注文の組合せと鋼帯寸法（素材鋼帯幅及び素材鋼帯長さ）を決める。このとき、ブロック単位で計算する。よって、ブロックは、同一素材規格や同一厚の素材鋼帯の集まりであるから、素材規格及び素材厚は同一であるが、鋼帯幅や鋼帯長が異なる素材鋼帯がある場合には、それら複数の素材鋼帯を対象として計算することになる。なお、計算には、既存の非線形最適化技術を用いることもできる。

ここで、ｊはスケルプの識別番号である。ｉはオーダ（注文、鋼管製品）の識別番号である。ｋは素材鋼帯の識別番号である。ｎ_ｉ，ｊは、スケルプｊから切り出されるオーダｉに係る鋼管製品の数量である。ｎ_ｉ，ｊは、最適化のために変化する値である。ｄ_ｉ，ｊは、オーダｉに係る鋼管製品がスケルプｊから切り出されるとき「１」、そうでないとき「０」になる。すなわち、前記（２）式の制約を有効にする場合には、ｄ_ｉ，ｊは「１」になり、前記（２）式で制約をかける必要がない場合には、ｄ_ｉ，ｊは「０」になる。ｅ_ｉ，ｊは、スケルプｊが素材鋼帯ｋから切り出されるとき「１」、そうでないとき「０」になる。すなわち、前記（３）式及び（４）式の制約を有効にする場合には、ｅ_ｉ，ｊは「１」になり、前記（３）式及び（４）式で制約をかける必要がない場合には、ｅ_ｉ，ｊは「０」になる。Ｌ^{ｏｒｄｅｒ} _ｉは、オーダｉに係る鋼管製品の長さ（ｍｍ）である。ｌ^ｃｏｉｌ _ｋは、素材鋼帯ｋの長さ（ｍｍ）である。ｌ^{ｓｋｅｌｐ} _ｋは、スケルプｊの長さ（ｍｍ）である。ｗ^{ｏｒｄｅｒ} _ｉは、オーダｉに係る鋼管製品の幅（ｍｍ）である。ｗ^ｃｏｉｌ _ｋは、素材鋼帯ｋの幅（ｍｍ）である。ｗ^{ｓｋｅｌｐ} _ｊは、スケルプｊの幅（ｍｍ）である。ｇ^ｃｏｉｌ _ｋは、素材鋼帯ｋの重量（ｔｏｎ）である。Ｎ_ｉは、オーダｉに係る鋼管製品の数量（総数）である。γは、材料比重（ｔｏｎ／ｍｍ^３）である。ｔは、素材鋼帯厚（ｍｍ）である。Ｗ_ＭＩＮは、最小鋼帯幅（ｍｍ）である。Ｗ_ＭＡＸは、最大鋼帯幅（ｍｍ）である。Ｇ_ＭＩＮは、最小鋼帯単重（ｍｍ）である。Ｇ_ＭＡＸは、最大鋼帯単重（ｍｍ）である。ここで、例えば、最小幅Ｗ_ＭＩＮや最大幅Ｗ_ＭＡＸは、スリッター設備の能力等の制約を基に決定される値である。また、最小鋼帯単重Ｇ_ＭＩＮは、注文の最小単位となる鋼帯重量であり、前述のように、例えば素材鋼帯の製造元で素材鋼帯の製造の歩留を基に決定される値である。また、最大鋼帯単重Ｇ_ＭＡＸは、装置からくる制約により決まり値であり、例えばスリッター設備に搭載可能な最大重量である。

以上のように各値を定義しており、（１）式及び（２）式は、オーダ（鋼管製品）の寸法とスケルプの寸法との関係からくる制約を示す式となる。すなわち、（１）式は、スケルプｊから切り出すオーダｉに係る鋼管製品の全長（左辺）が該スケルプｊの長さ（右辺）以下であるという制約を示す。（２）式は、スケルプｊから切り出すオーダｉに係る鋼管製品の幅（具体的には周長、左辺）がスケルプｊの幅（右辺）以下であるという制約を示す。このとき、その制約を有効にする場合には、ｄ_ｉ，ｊが「１」になり、制約をかける必要がない場合には、ｄ_ｉ，ｊが「０」になる。また、オーダ（鋼管製品）の寸法（長さ及び幅（周長））は、注文情報ＤＢ１に格納されている注文製品情報を基に得られるものであり、スケルプの寸法は、製造可能なスケルプの寸法（長さ及び幅）であり、例えば注文情報ＤＢ１等のデータベースにその情報が予め格納されている。例えば、スケルプの寸法は、スリッター設備による制約等の所定の制約の下、製造可能なスケルプの寸法である。

また、（３）式及び（４）式は、スケルプの寸法と素材鋼帯の寸法との関係からくる制約を示す式となる。すなわち、（３）式は、素材鋼帯ｋから切り出すスケルプｊの全長（左辺）が該素材鋼帯ｋの長さ（右辺）以下であるという制約を示す。（４）式は、切り出すスケルプｊの幅の合計（左辺）が素材鋼帯ｋの幅（右辺）以下になるという制約を示す。このとき、その制約を有効にする場合には、ｅ_ｉ，ｊが「１」になり、制約をかける必要がない場合には、ｅ_ｉ，ｊが「０」になる。また、ここでいう素材鋼帯の寸法は、製造可能な素材鋼帯の寸法（長さ及び幅）であり、発注素材情報ＤＢ５にその情報が予め格納されている。鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重（発注可能最小単重）である。例えば、素材鋼帯の寸法は、鋼帯製造設備や鋼帯製造能率等の鋼帯製造能力による制約等の所定の制約の下、製造可能な素材鋼帯の寸法である。

また、（５）式は、素材鋼帯ｋの重量の観点での制約を示すものであり、素材鋼帯ｋの重量ｇ_ｋが最小単重（最小鋼帯単重）Ｇ_ＭＩＮ以上、かつ最大単重（最大鋼帯単重）Ｇ_ＭＡＸ以下であるという制約を示す。
また、（６）式は、オーダｉそれ自体の制約を示すものであり、オーダｉの数量（右辺）が実際に切り出される数量（左辺）を超えないこと、すなわちオーダｉの数量を必ず切り出さなければならないという制約を示す。また、（７）式は、素材鋼帯ｋの重量ｇ_ｋの計算式である。また、（８）式は、素材鋼帯ｋの幅が最小幅Ｗ_ＭＩＮ以上、かつ最大幅Ｗ_ＭＡＸ以下であるという制約を示す。また、（９）式は、素材鋼帯ｋの重量の合計値である。すなわち、素材規格及び素材厚が異なるｋ種類の素材鋼帯の重量の合計値である。この（９）式の値を最小化するように、注文の組合せと鋼帯寸法（素材鋼帯幅及び素材鋼帯長さ）を決定する。

図４は、前記ステップＳ２の具体的な処理手順を示す。同図に示すように、処理を開始すると、先ずステップＳ１１において、鋼帯寸法（素材鋼帯の寸法）と注文の組合せを決めていないブロックがあるか否かを判定する。すなわち、注文とスケルプ（ロットでも良い）の組み合わせが決定されていない素材鋼帯を含むブロックがあるか否かを判定する。鋼帯寸法と注文の組合せを決めていないブロックがある場合、ステップＳ１２に進む。鋼帯寸法と注文の組合せを決めていないブロックがない場合、該図４に示す処理（ステップＳ２の処理）を終了する。

ステップＳ１２は、鋼帯寸法と注文の組合せを決めていないブロックを特性する。具体的には、鋼帯寸法と注文の組合せを決めていないブロックを抽出してブロック名「Ｉ」とする。さらに、ループカウンタを０にセットする。
続いてステップＳ１３において、ブロックＩの解候補を１つ作成する。解候補とは、鋼帯寸法と注文の組合せであり、すなわち、前記（１）式〜（８）式で用いる各種パラメータの値である。鋼帯寸法（鋼帯パラメータ）の情報は、例えば発注素材情報ＤＢ５から得る。また、注文の情報（注文のパラメータ）は、注文情報ＤＢ１から得る。また、このとき、スケルプの寸法の情報も用いる。

続いてステップＳ１４において、ループカウンタを１つ増やす。ここで、ループカウンタが、予め与えておいた終了ループ回数以下であれば、ステップＳ１５に進む。ループカウンタが、予め与えておいた終了ループ回数を超えれば、ステップＳ１７に進む。なお、このステップＳ１４の判定処理を前記ステップＳ１３の前段で行うこともできる。
ステップＳ１５では、前記ステップＳ１３で作成した解候補（鋼帯寸法と注文の組合せ）が制約条件を満たすか（前記（１）式〜（８）式の全てを満たすか）否かを判定する。解候補が制約条件を満たさない場合、前記ステップＳ１３から再び処理を行う。解候補が制約条件を満たす場合、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、解候補の評価値（（９）式）を計算し、解候補とその評価値を保持（メモリ等に記憶）する。そして、前記ステップＳ１３から再び処理を行う。
ループカウンタが予め与えておいた終了ループ回数を超えた場合に進むステップＳ１７では、これまでブロックＩで作成した解候補の評価値（前記ステップＳ１６での記憶値）のうち、最も小さな解候補をブロックＩの解（鋼帯寸法と注文の組合せ）とする。そして、前記ステップＳ１１から再び処理を行う。すなわち、別のブロック（鋼帯寸法と注文の組合せを決めていない別のブロック）について同様に解（鋼帯寸法と注文の組合せ）を求める処理を実施する。

続いて、図３に戻り、ステップＳ３において、発注素材情報を更新する。具体的には、前記ステップＳ２の最適素材設計で得た発注素材情報（鋼帯寸法と注文の組合せ）を発注素材情報ＤＢ５に登録する。
図５は、発注素材再設計部３の処理内容を示す。ここでは、注文が割り当てられていないスケルプが含まれる素材鋼帯に対し、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプの割り当て処理を行う。
同図に示すように、処理を開始すると、先ずステップＳ２１において、最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯を検索する。具体的には、ｋ番目に素材鋼帯に割り当てられたスケルプ（ロット単位でも良い）の総重量ｇ_ｋが最小鋼帯単重Ｇ_ＭＩＮに満たない素材鋼帯（素材鋼帯重量は、前記（５）式のｇ^ｃｏｉｌ _ｋ）を、発注素材情報ＤＢ５から検索する。なお、ｇ_ｋは、下記（１０）式により算出する。

ここで、（１０）式中、ｇ^{ｓｋｅｌｐ} _ｊは、スケルプｊの重量である。すなわち、総重量ｇ_ｋは、素材鋼帯ｋ中のスケルプｊの総重量となる。
続いてステップＳ２２において、高頻度注文情報の検索を行う。具体的には、前記ステップＳ２１で検索した素材鋼帯と同一素材規格かつ同一厚であり、かつ注文頻度が高い鋼管製品のスケルプを注文頻度情報ＤＢ４から検索する。

続いてステップＳ２３において、素材再設計の計算を行う。具体的には、前記ステップＳ２１で検索した素材鋼帯と前記ステップＳ２２で検索したスケルプに対し、発注素材設計部２と同様な素材設計を計算する。すなわち、注文に係る鋼管製品、前記ステップＳ２２で検索したスケルプ及び前記ステップＳ２１で検索した素材鋼帯を対象として、制約式（制約条件）となる前記（１）式〜（３）式、前記（５）式〜（８）式の全て満たし、かつ下記（１１）式（前記（４）式に代わる制約式）を満たし、かつ前記（９）式の値を最小化するように、注文の組合せと鋼帯寸法（素材鋼帯幅及び素材鋼帯長さ）を決める。なお、計算には、既存の非線形最適化技術を用いることもできる。

ここで、ｗ^ｈは、前記ステップＳ２２で検索したスケルプの幅である。ｎ^ｈは、前記ステップＳ２２で検索したスケルプの枚数である。この（１１）式は、発注素材設計部２で設計した素材鋼帯（最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯）に高い頻度で発注がかかるスケルプ、すなわち高い頻度で発注がかかる鋼管製品を追加して、新たな素材鋼帯（つまり鋼帯幅を広くする）を再設計することを意味する。

よって、割り当てたスケルプの総重量が最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯が複数ある場合（素材規格及び素材厚は同一であるが、鋼帯幅や鋼帯長が異なる素材鋼帯がある場合）には、それら複数の素材鋼帯を再設計の対象として、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプを追加して組み合わせて、幅を広くして、最小鋼帯単重を超える素材鋼帯の解候補を１つ又は複数求めることを可能にしつつ、かつその中から前記（９）式の値を最小化する注文の組合せと鋼帯寸法を決めることができる。ここで決まる鋼帯寸法は、追加した注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプと前記ステップＳ２２で検索したスケルプとを切り出すことが可能な素材鋼帯の寸法となる。また、前記（５）式の制約を満たすから、該素材鋼帯は、最小鋼帯単重以上のものとなる。なお、前述の説明では、素材鋼帯の幅に着目したが、長さにも着目して、最小鋼帯単重以上となるように追加することもできる。

また、割り当てたスケルプの総重量が最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯が１個（１種類）の場合にも、その素材鋼帯を再設計の対象として、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプを該素材鋼帯から切り出すことを可能にしつつ、かつ前記（９）式の値を最小化する注文の組合せと鋼帯寸法を決めることができる。ここで、素材鋼帯は、割り当てられたスケルプを敷き詰めた大きさより大きいサイズになる。よって、（１）式〜（８）式を満たす解（組み合わせと寸法）は必ず存在することになる。
続いてステップＳ２４において、前記ステップＳ２３で算出した発注素材情報を発注素材情報ＤＢ５に登録する。具体的には、前記ステップＳ２３で算出した素材再設計で得た鋼帯寸法と注文の組合せを発注素材情報ＤＢ５に登録する。

（動作、作用及び効果）
動作、作用及び効果は次のようになる。
発注素材設計部２では、注文製品情報を検索し（前記ステップＳ１）、その注文製品情報を基に、最適素材設計をし（前記ステップＳ２）、最適素材設計で得た発注素材情報を更新する（前記ステップＳ３）。一方、発注素材再設計部３では、最小鋼帯単重に満たない素材鋼帯を検索し（前記ステップＳ２１）、その検索した素材鋼帯を基に、該素材鋼帯と同一素材規格かつ同一厚であり、注文頻度が高い鋼管製品のスケルプを検索する（前記ステップＳ２２）。そして、発注素材再設計部３では、その検索した注文頻度が高い鋼管製品のスケルプの情報を基に、素材再設計をし（前記ステップＳ２３）、素材再設計で得た発注素材情報を更新する（前記ステップＳ２４）。

よって、素材再設計で、切り出すスケルプの総重量が最小単重に満たない素材鋼帯について、最小単重以上になるように、注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを割り当てる設計をすることで、スケルプの在庫を減少させることができる。
なお、この実施形態では、本発明を鋼管製品の素材鋼帯を設計する素材鋼帯設計システムに適用した場合について説明した。これに対して、鋼管製品を製造する鋼管製品製造システムに本発明を適用することもできる。この場合、鋼管製品製造システムは、前述の素材鋼帯設計システムで実現した素材鋼帯の設計処理を実現しつつ、該設計処理により決定した素材鋼帯の設計内容を基に、鋼管製品を製造する。

なお、この実施形態では、注文情報ＤＢ１は、前記注文に係る鋼管製品の情報を格納する注文情報格納手段を実現しており、注文頻度情報ＤＢ４は、注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの情報を格納する注文頻度情報格納手段を実現しており、発注素材設計部２は、前記素材鋼帯の寸法情報及び前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記素材鋼帯と該素材鋼帯から製造する前記注文に係る鋼管製品とを対応付けるとともに、該対応付けに係る素材鋼帯について、該対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯設計手段を実現しており、発注素材再設計部３は、前記発注素材鋼帯設計手段の前記決定に係る素材鋼帯のうち、切り出すスケルプの総重量が、鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重に満たない素材鋼帯を特定し、その特定した素材鋼帯の重量が前記最小単重以上になるように、該素材鋼帯について、前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプ及び前記注文頻度情報格納手段の格納情報が示す注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯再設計手段を実現している。

また、前記制約式において、(６)式は、前記注文に係る鋼管製品を少なくとも製造する制約となり、（１）式〜（２）式は、スケルプの寸法及び前記注文に係る鋼管製品の寸法を考慮して該スケルプから該注文に係る鋼管製品を製造する制約となり、（３）式〜（４）式は、前記素材鋼帯の寸法及び前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法を考慮して該素材鋼帯から該スケルプを切り出す制約となり、（５）式は、前記素材鋼帯の重量が最小単重以上にする制約となり、（９）式は、前記スケルプを切り出す素材鋼帯が複数種類ある場合に、その複数種類の素材鋼帯の総重量が最小値となるように、前記素材鋼帯と前記注文に係る鋼管製品との対応付けを選定するための式となる。また、前記制約式において、（１１）式は、前記素材鋼帯の寸法、前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法及び前記注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの寸法を考慮して前記素材鋼帯からそれらスケルプを切り出す制約となる。

また、この実施形態では、素材鋼帯から複数のスケルプを切り出し、切り出したスケルプから注文に係る鋼管製品を製造できるように、発注する素材鋼帯を設計する鋼管製品の素材鋼帯設計方法であって、素材鋼帯の寸法情報及び注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記素材鋼帯と該素材鋼帯から製造する前記注文に係る鋼管製品とを対応付けるとともに、該対応付けに係る素材鋼帯について、該対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定し、その決定に係る素材鋼帯のうち、切り出すスケルプの総重量が、鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重に満たない素材鋼帯を特定し、その特定した素材鋼帯の重量が前記最小単重以上になるように、該素材鋼帯について、前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプ及び注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する鋼管製品の素材鋼帯設計方法を実現している。

（実施例）
注文に対する素材設計方法を説明する。
図６は、２つの注文例を示す。前提として、最小鋼帯単重は１５（ｔｏｎ）であり、最小鋼帯幅は１０００（ｍｍ）である。また、注文番号４４Ｄ−０１と注文番号４４Ｄ−２３と同じスペック（同一素材規格及び同一寸法）の製品は注文頻度が低いとものとする。
従来の素材設計方法では、前記図６に示す注文番号４４Ｄ−０１（重量５（ｔｏｎ））の製品及び注文番号４４Ｄ−２３（重量１．５（ｔｏｎ））の製品を製造するためのスケルプを切り出すために、図７に示す素材鋼帯（重量１５（ｔｏｎ））をそれぞれ発注していた。そして、素材鋼帯の入荷後、等間隔でスリットし、造管工程を経て注文に応じた製品を製造していた。このとき、注文に応じた製品の製造のため素材鋼帯からスリットされた約１０（ｔｏｎ）（≒１５−５）のスケルプと約１３（ｔｏｎ）（≒１５−１．５）のスケルプについては、同じスペックの製品の注文頻度が低いことから、そのまま在庫となっていた。そして、在庫のスケルプは、結局使用されず、外販またはスクラップとなってしまい、歩留低下を招いていた。

一方、本発明を適用した場合、前記図６に示す注文に、図８に示すリピート性の高い製品（スケルプ幅３１５（ｍｍ）のスケルプ）を組み合わせることができ、図９に示す素材鋼帯を１本発注するだけで済むようになる。これにより、入荷した素材鋼帯を幅２３６．５（ｍｍ）、２７６（ｍｍ）、３１５（ｍｍ）、３１５（ｍｍ）でスリットすることで、図６に示す注文番号４４Ｄ−０１の製品及び注文番号４４Ｄ−２３の製品を製造することが可能となる。さらに、３１５（ｍｍ）の在庫スケルプは、発注頻度が高い製品のスケルプであるため、３１５（ｍｍ）の在庫スケルプを、後日に引当てられる可能性が高いスケルプとすることができる。その結果、従来の素材設計方法と比較して、鋼帯１本分１５ｔｏｎ分が歩留向上となった。

本発明の実施形態の素材鋼帯設計システムの構成例を示すブロック図である。本実施形態において扱う「ブロック」、「鋼帯」、「ロット」及び「注文」の関係を示す図である。発注素材設計部の処理内容を示すフローチャートである。発注素材設計部の最適素材設計の処理内容を示すフローチャートである。発注素材再設計部の処理内容を示すフローチャートである。実施例で用いた製品の注文例を示す図である。従来の素材設計方法による素材鋼帯の発注内容を示す図である。リピート性の高い製品（スケルプ）の例を示す図である。本発明を適用した素材設計方法による素材鋼帯の発注内容を示す図である。溶接鋼管の製造方法を示す図である。

符号の説明

１注文情報ＤＢ、２発注素材設計部、３発注素材再設計部、４注文頻度情報ＤＢ、５発注素材情報ＤＢ

Claims

素材鋼帯から複数のスケルプを切り出し、切り出したスケルプから注文に係る鋼管製品を製造できるように、発注する素材鋼帯を設計する鋼管製品の素材鋼帯設計装置であって、
前記注文に係る鋼管製品の情報を格納する注文情報格納手段と、
注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの情報を格納する注文頻度情報格納手段と、
前記素材鋼帯の寸法情報及び前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記素材鋼帯と該素材鋼帯から製造する前記注文に係る鋼管製品とを対応付けるとともに、該対応付けに係る素材鋼帯について、該対応付けに係る注文に係る鋼帯製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯設計手段と、
前記発注素材鋼帯設計手段の前記決定に係る素材鋼帯のうち、切り出すスケルプの総重量が、鋼帯製造能力の制約から定められた最小単重に満たない素材鋼帯を特定し、その特定した素材鋼帯の重量が前記最小単重以上になるように、該素材鋼帯について、前記注文に係る鋼帯製品を製造するためのスケルプ及び前記注文頻度情報格納手段の格納情報が示す注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定する発注素材鋼帯再設計手段と、
を備え、
前記発注素材鋼帯再設計手段は、前記素材鋼帯の寸法情報、前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報及び前記注文頻度情報格納手段の格納情報である注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの情報を基に、前記注文に係る鋼管製品を少なくとも製造する制約、スケルプの寸法及び前記注文に係る鋼管製品の寸法を考慮して該スケルプから該注文に係る鋼管製品を製造する制約、前記素材鋼帯の寸法、前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法及び前記注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプの寸法を考慮して前記素材鋼帯からそれらスケルプを切り出す制約、及び前記素材鋼帯の重量が最小単重以上にする制約を全て満たしつつ、それらスケルプを切り出す素材鋼帯が複数種類ある場合に、その複数種類の素材鋼帯の総重量が最小値となるように、前記素材鋼帯と前記注文に係る鋼管製品との対応付けを選定しており、その選定した対応付けに係る素材鋼帯について、その対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプ及び前記注文頻度が高い鋼管製品を製造できるスケルプを切り出すために必要な寸法を決定することを特徴とする鋼管製品の素材鋼帯設計装置。
前記発注素材鋼帯設計手段は、前記素材鋼帯の寸法情報及び前記注文情報格納手段の格納情報である注文に係る鋼管製品の情報を基に、前記注文に係る鋼管製品を少なくとも製造する制約、スケルプの寸法及び前記注文に係る鋼管製品の寸法を考慮して該スケルプから該注文に係る鋼管製品を製造する制約、前記素材鋼帯の寸法及び前記注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプの寸法を考慮して該素材鋼帯から該スケルプを切り出す制約、及び前記素材鋼帯の重量が最小単重以上にする制約を全て満たしつつ、前記スケルプを切り出す素材鋼帯が複数種類ある場合に、その複数種類の素材鋼帯の総重量が最小値となるように、前記素材鋼帯と前記注文に係る鋼管製品との対応付けを選定しており、その選定した対応付けに係る素材鋼帯について、その対応付けに係る注文に係る鋼管製品を製造するためのスケルプを切り出すために必要な寸法を決定することを特徴とする請求項１に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置。
請求項１又は２に記載の鋼管製品の素材鋼帯設計装置により決定された素材設計に基づいて、溶接鋼管を製造することを特徴とする溶接鋼管の製造方法。