JP5622301B1 - 木材の積付方法と積付装置と積付プログラムと記録媒体と梱包体 - Google Patents

Abstract

【課題】積載直方体４８に建築用木材２０を可能な限り隙間無く効率良く積み付けできるように、その積み付け方法を計算する。【解決手段】建築用木材２０の形状をベクトル表現し、建築用木材２０を積み付けする積載直方体４８を設定して、その形状をベクトル表現し、建築用木材２０を積載直方体４８中で重ならないように積み付ける３次元モデル条件６４を設定し、建築用木材２０を適切に経済的に積み付ける積付パターンベクトル７２を生成し、使用する積載直方体４８数と費用ベクトルの積から目的関数８０を生成し、初期実行可能解８８を起点として、目的関数８０が最小値を示す場合を求めるためのシンプレックス演算を実行して、使用する直方体と、その中に積み付けする建築用木材２０の組み合わせを求める。【選択図】図１

Description

本発明は、運搬される多種の木材の積載効率を上げ、輸送コストを下げるために、最適な幅と高さと長さの梱包体を得る、木材の積付方法と積付装置と積付演算処理用のコンピュータプログラムと記録媒体と梱包体 に関する。

従来は、建築用の多種の資材を運搬する場合に、特許文献１に記載されたような梱包方法が紹介されている。即ち、始めに、トラックの荷台等の上に複数の建築用資材を使用して上面が平坦な土台部を形成する。次に、その土台部の両側面に建築用資材を配置して側壁部を構成する。その後、両側壁部によって形成される空間部に残りの建築用資材を配置する。これにより、建築用資材を要領よく効率的に積み付けすることができる。

特開２０１２−１１１６０１号公報 数理解析研究所講究録第 1726 巻 2011 年 50-61 3 次元パッキングに対する効率的な bottom-left法 川島大貴、田中勇真、今堀慎治、柳浦睦憲の共著 名古屋大学大学院情報科学研究科、同工学研究科 （http://www.kurims.kyoto-u.ac.jp/~kyodo/kokyuroku/contents/pdf/1726-05.pdf）

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
従来方法では、既存のトラックの荷台の形状に合わせて土台部や両側壁部が形成される。こうして形成された空間に他の建築用資材を積み込むとき、積み込み順によっては多くの隙間が生じて、効率の良い積み込みは容易でない。この積み込み方次第で、運搬に要するトラックの台数が変わることもある。これは運搬コストに直接影響する。一般的な理論には、効率的な３ 次元パッキング法（非特許文献１）等が応用できるが、建物の建築に使用する木材を対象とした場合の具体的な対処法については、様々な問題がある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、下記の点を目的とする。
（１）建物の建築に使用する木材を可能な限り隙間無く効率良く積み付けできるように、建築用木材の積み付け方法を予め正確に計算する積付方法と積付装置とを提供する。
（２）上記の積み付け方法や順番を計算するための演算処理を実行するコンピュータプログラムと、そのプログラムを記録した記録媒体と梱包体 を提供する。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
建築用木材を積載して運送をするための梱包体を形成する積付装置であって、
k種類の積載直方体の積載形状を特定する横長データと縦長データと高長データの入力を受け付けて、
積載直方体の横長を要素とするk次の積載直方体横長ベクトルwmと、積載直方体の縦長を要素とするｋ次の積載直方体縦長ベクトルlmと、積載直方体の高長を要素とするｋ次の積載直方体高長ベクトルhmとを生成して、記憶装置に記憶させる積載直方体設定手段と、
運送するｍ本の建築用木材の横長データと縦長データと高長データの入力を受け付けて、建築用木材の横長を要素とするｍ次の建築用木材横長ベクトルwpと、建築用木材の縦長を要素とするｍ次の建築用木材縦長ベクトルlpと、建築用木材の高長を要素とするｍ次の建築用木材高長ベクトルhpと、運送する建築用木材の数量を要素とする建築用木材数量ベクトルｂとを生成して、記憶装置に記憶させる建築用木材設定手段と、
上記建築用木材を上記積載直方体の中に配置するということを示す第１評価条件と、
上記建築用木材が互いに重ならないように配置するということを示す第２評価条件と、
積付パターンベクトルajが予め定めた積付方法で積付可能であるとする第３評価条件とを含む、３次元モデル条件を生成して記憶装置に記憶させる３次元モデル条件生成手段と、
上記ｍ本の建築用木材の横長データと縦長データと高長データを、上記ｋ種類の積載直方体の横長データと縦長データと高長データとそれぞれと比較して、上記第１評価条件と第２評価条件と第３評価条件とを含む上記３次元モデル条件を満たし、
１個または複数個の建築用木材を上記積載直方体の中に経済的に積み付けることができるという積載直方体と建築用木材の関係を示す、ｍ次の積付パターンベクトルａｊを列挙する積付パターンベクトル生成手段と、
上記積付パターンベクトル生成手段の生成した積付パターンベクトルを並べた積付パターン行列Ａを生成して、記憶装置に記憶させる積付パターン行列生成手段と、
ｋ種類の積載直方体の中から任意に選択したｎ個の積載直方体に対して、それぞれｍ本の建築用木材のうちのいずれかの建築用木材を積み付けたとき、選択したｎ個の積載直方体の種類と使用個数を表すために、要素がｘｉのｎ次の使用個数ベクトルｘを定義し、上記ｎ個の積載直方体それぞれに対応するｎ次の費用係数ベクトルｆと上記使用個数ベクトルｘの積を示す目的関数を生成して、記憶装置に記憶させる目的関数生成手段と、
上記積付パターン行列Ａから選択されたｎ個の積付パターンで積み付けた各建築用木材本数は、それぞれ求められている各建築用木材の本数以上でなければならないとする第１制約条件式Ａｘ≧ｂと緩和された第３制約条件式０≦ｘｉ≦１（ｘｉは［１］または［０］であるが、計算上実数と仮定して条件を緩和した）を生成して、記憶装置に記憶させる制約条件生成手段と、
上記予め定めた積付方法で求められた初期実行可能解の入力を受け付けて、記憶装置に記憶する初期設定手段と、
上記初期実行可能解と上記目的関数と上記制約条件式の入力を受け付けて、シンプレックス演算処理を実行するシンプレックス演算手段と、
最適解を求めるための演算処理を制御する探索制御手段とを備え、
この探索制御手段は、
上記シンプレックス演算手段による最初の演算処理の結果、上記の要素ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解として積付データを出力し、
上記の要素ｘｉの値が０または１以外の場合には、上記初期実行可能解の目的関数の値を最大値とし、上記シンプレックス演算手段による演算処理の結果得られた目的関数の値を最小値として、その範囲の目的関数の値をとる積載直方体の使用個数の組合せを列挙し、その中から目的関数が上記最小値に近いものを選択して、
上記制約条件生成手段に対して、どの種類の積載直方体を何個選択して積付けに使用するかを定め、積載直方体使用行列９２（図中式Ｃと表示）と積載直方体の使用個数ベクトルの積が積載直方体使用予定個数ベクトルｄと等しいとする第２制約条件式Ｃｘ＝ｄの生成を依頼し、
さらに、上記第１制約条件式と上記第２制約条件式と上記第３制約条件式の制約条件下で、上記シンプレックス演算手段に演算処理を依頼し、
その後得られたシンプレックス演算処理により、ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解として積付データを出力し、
それ以外の場合には、列挙された上記積載直方体の使用個数の組合せの中から、目的関数の値が上記最小値に近い次の候補を選択して、
上記制約条件生成手段に対して、新たな第２制約条件式Ｃｘ＝ｄの生成を依頼し、
この新たな制約条件下で、上記シンプレックス演算手段に対して演算処理を依頼するという動作を繰り返すように制御することを特徴とする建築用木材の積付装置。

＜構成２＞
上記積載直方体の横長、縦長または高長のいずれかを、上記建築用木材の横長または高長で等分割して得られる分割積載直方体の中に、上記建築用木材を２次元配置するように最適解を求めることを特徴とする構成１に記載の建築用木材の積付装置。
＜構成３＞
積み付け対象に含まれている一部の建築用木材の縦長が積載直方体の横長および高長のいずれよりも長い場合に、全ての建築用木材の縦長方向と積載直方体縦長方向とを平行に配置することにし、積み付け対象となる建築用木材の横長がほぼ均一な場合に、条件として与えられた積載直方体を高長方向に、建築用木材の横長で等分割して、分割積載直方体群を設定し、各分割積載直方体の縦長と横長とからなる２次元平面に、建築用木材の縦長と高長とからなる２次元形状を配置して、最適解を求めることを特徴とする構成２に記載の建築用木材の積付装置。
＜構成４＞
建築用木材の横長や縦長や高長の数値に金物に相当する増分を加えてから最適解を求めることを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の建築用木材の積付装置。

＜構成５＞
構成１乃至４のいずれかに記載の積付装置を使用して梱包体を形成する建築用木材の積付方法。

＜構成６＞
金物を固定した建築用木材が混在している場合に、３次元方向に隣接配置された建築用木材の金物が相互に干渉しないように、積載直方体中で建築用木材の配置をシフトさせることを特徴とする構成５に記載の建築用木材の積付方法。

＜構成７＞
構成１乃至４のいずれかに記載の積付装置による演算処理の結果を使用して、全ての建築用木材に、プレカット工程の直前または直後に、積み付けるべき積載直方体を指定する表示と、積み付け位置と積み付け順の表示を印刷することを特徴とする建築用木材の積付方法。

＜構成８＞
全ての建築用木材に印刷され、もしくは電子的に記録された識別情報を読み取って、構成１乃至４のいずれかに記載の積付装置による演算処理の結果得られた積載直方体と建築用木材の関係を示すデータを使用して、各建築用木材を積み付け順に並べ替えて、梱包体を形成することを特徴とする建築用木材の積付方法。

＜構成９＞
構成５乃至８のいずれかに記載の建築用木材の積付方法を使用して形成した梱包体。

＜構成１０＞
コンピュータを、構成１乃至４のいずれかに記載の建築用木材の積付装置として機能させるコンピュータプログラム。
＜構成１１＞
構成１０に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

＜構成１の効果＞
多種多様な形状の建築用木材を無駄な隙間を生じないようにして積み付けし、可能な限り経済的に運送をすることができる。
＜構成２と３の効果＞
建築用木材の積付に適した積載直方体を、建築用木材の高長または横長で分割して得られる分割積載直方体を使用し、建築用木材を２次元配置するように計算をして、シンプレックス演算を単純化し、短時間の演算処理で最適解を求められる。
＜構成４の効果＞
金物付きの建築用木材についても同様の演算処理ができる。
＜構成６の効果＞
金物が取り付けられた建築用木材も、その長手方向にシフトさせたり、回転させたりして、金物の相互干渉を回避することができる。
＜構成７の効果＞
建築用木材に積み付け位置と積み付け順の表示を印刷しておくと、積み付け作業を効率化できる。
＜構成８の効果＞
建築用木材を積み付け順に並べ替えておけば、積み付け作業を効率化できる。

本発明の建築用木材の積付装置の概略動作を説明する説明図である。 本発明の積付装置を実現するためのコンピュータの機能ブロック図である。 実施例で使用する合計５７本の建築用木材の前半説明図である。 実施例で使用する合計５７本の建築用木材の後半説明図である。 分割積載直方体と設定した積載直方体との関係を示す斜視図である。 積付パターン行列の一部を例示した説明図である。 建築用木材と分割積載直方体との関係を示す斜視図である。 分割積載直方体中に全ての建築用木材を積み付けた最適解の例を示す説明図である。 最適解の例を示す説明図（その２）である。 最適解の例を示す説明図（その３）である。 最適解の例を示す説明図（その４）である。 上記の演算処理の結果得られたデータの使用方法説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１は本発明の建築用木材の積付装置の概略動作を説明する説明図である。また、図２は、この積付装置を実現するためのコンピュータの機能ブロック図である。
本発明の積付装置は、例えば、木造建築の構造材として使用されるプレカット材を建設現場まで運送する場合に、その梱包方法の最適化のために使用される。容器に対して効率よく物を詰め込むために、ビンパッキング法等の演算処理法がしばしば採用される。

しかしながら、具体的な用途を特定した場合に、その用途に適したパラメータを選択することが非常に難しい。特に、プレカット材はその形状が多様であること、適当な量ずつに小分けして梱包し、トラック等の運送手段により運送されること、現場に搬入されるときには、用途に応じて、梱包を解かずに、１階や２階等に分別して置かれること等の特殊性がある。本発明はそのような特殊用途について、特別なパラメータを設定して、自動的に最適な積み付け順を演算処理することを可能にする。

図に示すような建築用木材２０は多種多様な形状をしているが、これらを適当な量ずつ束ねて梱包体を形成する。一般のこの種の梱包体は様々な形状をしているが、まず、定型的な演算処理のために、梱包体は全て直方体とし、運送に適した形状の何種類かの積載直方体４８を定義する。

運送しなければならない木材は、例えば、建物一棟分のプレカット材である。建築用木材２０をいくつかの積載直方体４８の形状になるように積み付けて、その積載直方体４８をトラックに積載し、同一の目的地に運搬する。最小台数のトラックで運搬できるように、この演算処理をする。

図２に示すように、演算処理装置１４は、該当するコンピュータプログラムを起動することによって、積載直方体設定手段２２と建築用木材設定手段２４と３次元モデル条件生成手段２６と積付パターンベクトル生成手段２８と積付パターン行列生成手段３０と目的関数生成手段３２と制約条件生成手段３４と初期設定手段３６とシンプレックス演算手段３８と探索制御手段４０として機能する。各手段は、その動作のために記憶装置に様々なデータを書き込みあるいは読み出して使用する。それらの動作を順次説明する。

積載直方体設定手段２２は、演算処理の前に、k種類の積載直方体の積載形状を特定する横長データと縦長データと高長データの入力を受け付ける。即ち、ｋ種類の積載直方体４８を定義する。データの入力には、図示しないキーボード等の入出力インタフェースを使用する。積載直方体設定手段２２は、この入力データを使用して、積載直方体横長ベクトル５０と積載直方体縦長ベクトル５２と積載直方体高長ベクトル５４とを生成して、記憶装置１６に記憶させる。図１に示すように、積載直方体横長ベクトル５０（図中のベクトル要素にwmを付して表示）は、積載直方体４８の横長を要素とするk次の行ベクトルである。積載直方体縦長ベクトル５２（図中のベクトル要素にlmを付して表示）は、積載直方体４８の縦長を要素とするｋ次の行ベクトルである。積載直方体高長ベクトル５４（図中のベクトル要素にhmを付して表示）は、積載直方体４８の高長を要素とするｋ次の行ベクトルである。

建築用木材設定手段２４は、運送するｍ本の建築用木材２０の横長データと縦長データと高長データの入力を受け付ける。こうして、プレカットのためのＣＡＤデータから、建築用木材２０を特定するベクトル群を自動的に生成する。そして、建築用木材横長ベクトル５６と建築用木材縦長ベクトル５８と建築用木材高長ベクトル６０と建築用木材数量ベクトル６２とを生成して、記憶装置１６に記憶させる。図１に示すように、建築用木材横長ベクトル５６（図中のベクトル要素にwpを付して表示）は、建築用木材２０の横長を要素とするｍ次の行ベクトルである。建築用木材縦長ベクトル５８（図中のベクトル要素にlpを付して表示）は、建築用木材２０の縦長を要素とするｍ次の行ベクトルである。建築用木材高長ベクトル６０（図中のベクトル要素にhpを付して表示）は、建築用木材２０の高長を要素とするｍ次の行ベクトルである。建築用木材数量ベクトル６２（図中のベクトル要素にｂを付して表示）は、運送する建築用木材２０の数量を要素とするｍ次の列ベクトルである。

３次元モデル条件生成手段２６は、演算処理のための３次元モデル条件６４を生成して記憶装置１６に記憶させる。第１評価条件６６は、建築用木材２０を積載直方体４８の中に配置するということを示す。第２評価条件６８は、建築用木材２０が互いに重ならないように配置するということを示す。第３評価条件７０は、積付パターンベクトル７２（図中のベクトル要素にajを付して表示）（ｍ次の列ベクトル）が予め定めた積付方法で積付可能であるということを示す。

例えば、積載直方体４８の体積が、積み付ける建築用木材２０の体積の総和以上といった条件を第１評価条件６６にすることができる。木材を順番に積み付けたときに、そのつど積み付けた立体の体積を積算して、その体積の増分が最後に積み付けた木材の体積と一致するといった条件を第２評価条件６８とすることができる。第２評価条件６８として、直方体の重なりを判定する式は、例えば、非特許文献１に記載の式を利用するとよい。積み付けた結果の良否を無視して、例えば、積載予定のプレカット材をリストの順番に取り出して、最も大きな積載直方体４８に積み付けるというルールで初期実行可能解８８を求めることができる。このルールを第３評価条件７０とする。

積付パターンベクトル生成手段２８は、積載直方体４８と建築用木材２０の関係を示す、積付パターンベクトル７２を生成する。まず、積付パターンベクトル生成手段２８は、上記ｍ本の建築用木材２０の横長データと縦長データと高長データを、上記ｋ種類の積載直方体の横長データと縦長データと高長データのそれぞれと比較する。そして、上記第１評価条件６６と第２評価条件６８と第３評価条件７０とを含む上記３次元モデル条件６４を満たし、１個または複数個の建築用木材を積載直方体の中に経済的に積み付けることができるという積載直方体４８と建築用木材２０の関係を示す、積付パターンベクトル７２を求めて出力する。積付パターンベクトル７２は、図に示すように、ｍ次の列ベクトルである。

積付パターン行列生成手段３０は、上記積付パターンベクトル生成手段２８の生成した積付パターンベクトル７２を順番に受け入れて、それらを並べた積付パターン行列７４（図中の式をＡと表示）を生成して、記憶装置１６に記憶させる。積付パターンベクトル７２の要素ａｉｊは、１〜ｍ番目までの建築用木材２０を、それぞれ何本ずつ積み付けるかを示す数量データである。第１列の積付パターンベクトル７２は、１番目に選ばれた積載直方体４８に積み付けをした場合のデータである。第ｎ列の積付パターンベクトル７２は、ｎ番目に選ばれた積載直方体４８に積み付けをした場合のデータである。

なお、この実施例では、建築用木材数量ベクトル６２（ｍ次の列ベクトル）の要素ｂ１，ｂ２・・・を全て［１］として演算処理を行うものとする。同じ縦横寸法の建築用木材も全て別々に扱って横長、縦長、高長ベクトルを生成しておけばよい。以上により、ｋ種類の積載直方体の中から任意に選択したｎ個の積載直方体に対して、それぞれｍ本の建築用木材２０のうちのいずれかの建築用木材２０を積み付けるという積付パターンベクトル７２が得られる。積付パターンベクトル７２の要素は全て［０］か［１］である。

ここで、選択したｎ個の積載直方体の種類と使用個数を表すために、要素がｘｉのｎ次の列ベクトルである、使用個数ベクトル７６（図中のベクトル要素にｘを付して表示）を定義する。目的関数生成手段３２は、上記ｎ個の積載直方体それぞれに対応するｎ次の行ベクトルである。費用係数ベクトル７８（図中のベクトル要素にｆを付して表示）と上記使用個数ベクトル７６の積を示す目的関数８０を生成して、記憶装置１６に記憶させる。

既に説明したように、建築用木材２０をトラックの荷台またはコンテナ等に積載するために、積載に適したサイズの積載直方体４８を数種類設定する。積載直方体４８は、それぞれそのサイズ（体積）に応じた運送コストを定めておく。費用係数ベクトル７８はこれを根拠として設定される。

制約条件生成手段３４は、３次元モデル条件を設定する。即ち、第１制約条件式と緩和された第３制約条件式を生成して、記憶装置１６に記憶させる。第１制約条件式は、Ａｘ≧ｂである。緩和された第３制約条件式は、０≦ｘｉ≦１である。条件式Ａｘ≧ｂは、上記積付パターン行列７４から選択された積付パターンで積み付けた各建築用木材２０の本数は、少なくともそれぞれ求められている各建築用木材２０の本数以上でなければならないという意味を持つ。ｘｉは［１］または［０］であるが、計算上実数と仮定して処理をすすめる。

初期設定手段３６は、上記予め定めた積付方法で求められた初期実行可能解８８の入力を受け付けて、記憶装置１６に記憶する。シンプレックス演算手段３８は、上記初期実行可能解８８と上記目的関数８０と上記制約条件式の入力を受け付けて、シンプレックス演算処理を実行する。探索制御手段４０は、最適解９０を求めるための演算処理を制御する。

ここで、探索制御手段４０は、上記シンプレックス演算手段３８による最初の演算処理の結果、上記の要素ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解９０として積付データを出力する。また、上記の要素ｘｉの値が０または１以外の場合には、上記初期実行可能解８８の目的関数８０の値を最大値とし、上記シンプレックス演算手段３８による演算処理の結果得られた目的関数８０の値を最小値とする。そして、その範囲の目的関数８０の値をとる積載直方体の使用個数の組合せを列挙する。その中から目的関数８０が上記最小値に近いものを選択する。

その後、探索制御手段４０は、上記制約条件生成手段３４に対して、どの種類の積載直方体を何個選択して積付けに使用するかを定めるとともに、ｋ行ｎ列の積載直方体使用行列９２と積載直方体の使用個数ベクトル７６の積が、ｋ次の列ベクトルである積載直方体使用予定個数ベクトルｄと等しいとする第２制約条件式８４（Ｃｘ＝ｄ）の生成を依頼する。図１に示すように、積載直方体使用行列９２は、Ｃ＝（Ｃｉｊ）（ｉ＝1,2,…,k、ｊ＝1,2,…,n）である。積載直方体の使用個数ベクトル７６は、ｘ＝（x1,x2,…,xn）Tである。使用予定個数ベクトル９４は、ｄ＝（d1,d2,…,dk）Tである。

続いて、探索制御手段４０は、上記第１制約条件式８２と上記第２制約条件式８４と上記第３制約条件式８６の制約条件下で、上記シンプレックス演算手段３８に演算処理を依頼する。その後得られたシンプレックス演算処理により、ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解９０として積付データを出力する。それ以外の場合には、上記の処理と全く同様に、列挙された上記積載直方体の使用個数の組合せの中から、目的関数８０の値が上記最小値に近い次の候補を選択して、上記制約条件生成手段３４に対して、新たな第２制約条件式８４（Ｃｘ＝ｄ）の生成を依頼する。

このようにして、新たな制約条件を求めて、上記シンプレックス演算手段３８に対して演算処理を依頼するという動作を繰り返すように制御する。こうして、最適解９０を得る。この処理は、初期実行可能解８８を起点として、目的関数の値がより小さい解を探索し、ｘｉの値が［０］または［１］のいずれかであって、それ以外のものを含まなくなるまで第２制約条件式を変更しながら探索をすすめる。

これにより、最小限の費用となる積載直方体に全ての建築用木材を積み付ける積み付け方法が得られる。また、この積付装置による演算処理の結果を使用して、全ての建築用木材に、積み付けるべき積載直方体を指定する表示と、積み付け位置と積み付け順の表示を印刷することにより、効率よく積み付け作業ができる。この印刷処理は、プレカット工程の直前または直後に行うことが好ましい。プレカット工程の直後には、建築用木材に施工に必要な情報を印刷する。この印刷処理を利用するとよい。

図３と図４は、実施例で使用する合計５７本の建築用木材の説明図である。
図５は分割積載直方体と設定した積載直方体との関係を示す斜視図である。図６は積付パターン行列の一部を例示した説明図である。
一棟分の建築用木材は、土台用、２階梁用、小屋用等に分けることができる。これらはそれぞれ搬入場所が異なるから、別々に梱包体を作る。梱包対象となる建築用木材には、４桁の木材番号を付与した。また、これらの建築用木材の横長は一定とし、高長や縦長がまちまちであるものとする。また、この実施例では、図５に示すように、分割積載直方体４９を使用して、この中に積み付け可能な建築用木材２０を選択するように演算処理をする。
実施例１と同様に、トラックの荷台やコンテナの形状と空きスペースから与えられる最大限の荷姿形状を、条件として与えられた積載直方体とする。この積載直方体中に、全ての建築用木材が納まるように積みつける。しかし、積み付けの対象となっている建築用木材の大部分の横長あるいは高長が同一か近似している場合には、この実施例のような演算処理が可能になる。即ち、上記積載直方体の横長、縦長または高長のいずれかを、上記建築用木材の横長または高長（近似している部分の寸法）で等分割して得られる分割積載直方体の中に、建築用木材を２次元配置するように演算処理を実行する。なお、こうして梱包が必要な建築用木材の大部分は縦に長い柱状のもののため、これに適した計算ができる。

図５に示すように、この実施例では、横長が６６０ｍｍ、高長が７４０ｍｍ、縦長が５０００ｍｍの積載直方体が与えられている。この積載直方体の高長を建築用木材の横長１０５ｍｍで等分割した分割積載直方体に、建築用木材を２次元配置するように計算する。この実施例では、図５に示すように、積載直方体４８を分割積載直方体４９に分割し、この分割積載直方体に、建築用木材を２次元配置するように計算すると、１４個の分割積載直方体４９−１から４９−１４、に配置することができる。１つの積載直方体には７個の分割積載直方体４９群が納まるので、条件として与えられた積載直方体では、２つの積載直方体に納まる。

各分割積載直方体に各建築用木材をいずれも２次元配置して最適解を求めるようにする。ここでは、積み付け対象となる建築用木材の横長が均一で、条件として与えられた積載直方体を高長方向に、建築用木材の横長で等分割して、分割積載直方体群を設定する。積み付け対象に含まれている一部の建築用木材の縦長が積載直方体の横長および高長のいずれよりも長いので、全ての建築用木材の縦長方向と積載直方体縦長方向とを平行に配置することにする。そして、各分割積載直方体の縦長と横長とからなる２次元平面に、建築用木材の縦長と高長とからなる２次元形状を配置して、上記のような演算処理を行い、最適解を求める。これにより、シンプレックス演算の対象を３次元から２次元にすることができる。これで計算を単純化して、短時間の演算処理で最適解を求められる。

積載直方体横長ベクトル５０は、｛６６０｝、積載直方体縦長ベクトル５２は、｛５０００｝、積載直方体高長ベクトル５４は、｛１０５｝である。ｍは［５７］である。建築用木材数量ベクトル６２は要素が全て１のｍ次のベクトルである。積付パターン行列の例を、図６に示す。５７行１８２列のデータになるため、その一部だけを例示する。５７行は建築用木材の数に相当する。１８２列は積み付けパターンの数ｎである。図１に示すように、分割積載直方体の費用係数ベクトルｆｉをｉ＝１からｉ＝１８２まで、全て等しく１００とする。目的関数は、図１に示すように、各項が１００×ｘｉで、ｉ＝１からｉ＝１８２までを合計したものである。初期実行可能解は、ｘ１〜ｘ１４が［１］、ｘ１５〜ｘ１８２は［０］とした。

図７は、建築用木材と分割積載直方体との関係を示す斜視図である。図８〜図１１は、分割積載直方体中に、１階土台に使用する建築用木材を積み付けた最適解の例を示す説明図である。
例えば、図７においては、（ｂ）に示すように、３本の建築用木材２０を２次元配置して、（ａ）に示した分割積載直方体４９−１中に納めている。１１０９，１１５５，１１３２は、木材番号である。図３と４に示したとおり、５７本の建築用木材２０を個々に識別する記号である。

図８−図１１に示すように、全部で１４個の分割積載直方体４９−１〜４９−１４中に５７本の建築用木材２０を組み付けることができた。分割積載直方体４９−１には３本の建築用木材２０が組み付けられる。分割積載直方体４９−２には大小取り混ぜて６本の建築用木材２０が組み付けられる。図１１に示した分割積載直方体４９−１３には８本の建築用木材２０が組み付けられる。余白部分には、パッキングが詰め込まれる。

なお、建築用木材２０の多くは、図示しない構造材と連結をするために、各種の金物が取り付けられている。従って、端面や側面に金物を固定した建築用木材が混在している場合がある。このときは、３次元方向に隣接配置された建築用木材の金物が相互に干渉しないように、積載直方体中で建築用木材の配置をシフトさせるとよい。

図７（ｃ）には、金物９８が取り付けられた建築用木材の例を示した。隣接した建築用木材の配置を、長手方向に若干シフトさせている。即ち、金物が取り付けられた建築用木材も、任意の方向にシフトさせたり、配置を変えたりすれば、金物の相互干渉を回避することができる。分割積載直方体４９を積み上げた梱包体中に生じた空隙を３次元方向に有効に利用して、金物の干渉を回避してもよい。

あるいは、建築用木材の横長や縦長や高長の数値に金物に相当する増分を加えてから、上記の演算処理を行い、分割積載直方体を集合して梱包体を形成するようにすれば、トラックの荷台やコンテナのサイズとの整合が可能である。

上記の分割積載直方体４９−１〜４９−１４は、いずれも梱包用の箱を利用して設定してもよい。また、仮想的にこの形に建築用木材２０を集合して、紐等で結束しただけで分割積載直方体を構成してもよい。分割積載直方体４９−１毎にパッキングで覆って結束したものを積み上げると、比較的自由に多方向にシフトさせることができるから、著しく大きな金物が無い限り、金物の相互干渉を容易に回避できる。

図１２は、上記の演算処理の結果得られたデータの使用方法説明図である。
上記の演算処理は、図のコンピュータ１００により実行する。コンピュータ１００は、サーバ１０１からＣＡＤデータ１０２を取得して、プレカットデータ１０３を生成して、プレカット装置１０４に転送する。プレカット装置１０４でプレカットされた建築用木材２０は、印刷装置１０５に送り込まれる。コンピュータ１００は、上記の演算処理をした結果得られた積載直方体と建築用木材の関係を示すデータを、記憶装置１６（図２）に記憶させておく。

そして、コンピュータ１００は、そのデータを使用して積載直方体−建築用木材リスト１０７を生成して、印刷装置１０５に転送する。印刷装置１０５は、プレカットされた建築用木材２０に、それぞれ４桁の木材番号をバーコード等で印刷する。あるいは、ＩＣタグのような電子媒体に記録して建築用木材に貼り付けてもよい。また、このほかに積載直方体を指定し積み付け位置と積み付け順の表示を印刷しておいてもよい。これにより、作業者は迷わず積み付け作業ができる。

さらに、コンピュータ１００は、積載直方体−建築用木材リスト１０７を作業者１０９の所持する図示しない携帯端末等に送信する。続いて、コンピュータ１００は、積載直方体−建築用木材リスト１０７から建築用木材積み付け順リスト１０８を生成して、搬送装置１０６に送信する。搬送装置１０６は印刷装置１０５から排出された建築用木材２０を、この積み付け順に並べ替えて、例えば、ベルトコンベア等に送り出す。

作業者１０９は携帯端末等を操作して積載直方体−建築用木材リスト１０７を参照しなから、搬送装置１０６から送り出された建築用木材２０を順番に取り上げて、梱包体９６を形成する。これにより、自動的に効率良く経済的に梱包体９６を形成し、建築工事現場に向けて発送することができる。

なお、上記の演算処理装置で実行されるコンピュータプログラムは、機能ブロックで図示した単位でモジュール化されてもよいし、複数の機能ブロックを組み合わせて一体化されてもよい。また、上記のコンピュータプログラムは、既存のアプリケーションプログラムに組み込んで使用してもよい。本発明を実現するためのコンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。

１４ 演算処理装置
１６ 記憶装置
２０ 建築用木材
２２ 積載直方体設定手段
２４ 建築用木材設定手段
２６ ３次元モデル条件生成手段
２８ 積付パターンベクトル生成手段
３０ 積付パターン行列生成手段
３２ 目的関数生成手段
３４ 制約条件生成手段
３６ 初期設定手段
３８ シンプレックス演算手段
４０ 探索制御手段
４８ 積載直方体
４９ 分割積載直方体
５０ 積載直方体横長ベクトル
５２ 積載直方体縦長ベクトル
５４ 積載直方体高長ベクトル
５６ 建築用木材横長ベクトル
５８ 建築用木材縦長ベクトル
６０ 建築用木材高長ベクトル
６２ 建築用木材数量ベクトル
６４ ３次元モデル条件
６６ 第１評価条件
６８ 第２評価条件
７０ 第３評価条件
７２ 積付パターンベクトル
７４ 積付パターン行列
７６ 使用個数ベクトル
７８ 費用係数ベクトル
８０ 目的関数
８２ 第１制約条件式
８４ 第２制約条件式
８６ 第３制約条件式
８８ 初期実行可能解
９０ 最適解
９２ 積載直方体使用行列
９４ 積載直方体使用予定個数ベクトル
９６ 梱包体
９８ 金物
１００ コンピュータ
１０１ サーバ
１０２ ＣＡＤデータ
１０３ プレカットデータ
１０４ プレカット装置
１０５ 印刷装置
１０６ 搬送装置
１０７ 積載直方体−建築用木材リスト
１０８ 建築用木材積み付け順リスト
１０９ 作業者

Claims (11)

1. 建築用木材を積載して運送をするための梱包体を形成する積付装置であって、
   k種類の積載直方体の積載形状を特定する横長データと縦長データと高長データの入力を受け付けて、
   積載直方体の横長を要素とするk次の積載直方体横長ベクトルwmと、積載直方体の縦長を要素とするｋ次の積載直方体縦長ベクトルlmと、積載直方体の高長を要素とするｋ次の積載直方体高長ベクトルhmとを生成して、記憶装置に記憶させる積載直方体設定手段と、
   運送するｍ本の建築用木材の横長データと縦長データと高長データの入力を受け付けて、建築用木材の横長を要素とするｍ次の建築用木材横長ベクトルwpと、建築用木材の縦長を要素とするｍ次の建築用木材縦長ベクトルlpと、建築用木材の高長を要素とするｍ次の建築用木材高長ベクトルhpと、運送する建築用木材の数量を要素とする建築用木材数量ベクトルｂとを生成して、記憶装置に記憶させる建築用木材設定手段と、
   上記建築用木材を上記積載直方体の中に配置するということを示す第１評価条件と、
   上記建築用木材が互いに重ならないように配置するということを示す第２評価条件と、
   積付パターンベクトルajが予め定めた積付方法で積付可能であるとする第３評価条件とを含む、３次元モデル条件を生成して記憶装置に記憶させる３次元モデル条件生成手段と、
   上記ｍ本の建築用木材の横長データと縦長データと高長データを、上記ｋ種類の積載直方体の横長データと縦長データと高長データとそれぞれと比較して、上記第１評価条件と第２評価条件と第３評価条件とを含む上記３次元モデル条件を満たし、
   １個または複数個の建築用木材を上記積載直方体の中に経済的に積み付けることができるという積載直方体と建築用木材の関係を示す、ｍ次の積付パターンベクトルａｊを列挙する積付パターンベクトル生成手段と、
   上記積付パターンベクトル生成手段の生成した積付パターンベクトルを並べた積付パターン行列Ａを生成して、記憶装置に記憶させる積付パターン行列生成手段と、
   ｋ種類の積載直方体の中から任意に選択したｎ個の積載直方体に対して、それぞれｍ本の建築用木材のうちのいずれかの建築用木材を積み付けたとき、選択したｎ個の積載直方体の種類と使用個数を表すために、要素がｘｉのｎ次の使用個数ベクトルｘを定義し、上記ｎ個の積載直方体それぞれに対応するｎ次の費用係数ベクトルｆと上記使用個数ベクトルｘの積を示す目的関数を生成して、記憶装置に記憶させる目的関数生成手段と、
   上記積付パターン行列Ａから選択されたｎ個の積付パターンで積み付けた各建築用木材本数は、それぞれ求められている各建築用木材の本数以上でなければならないとする第１制約条件式Ａｘ≧ｂと緩和された第３制約条件式０≦ｘｉ≦１（ｘｉは［１］または［０］であるが、計算上実数と仮定して条件を緩和した）を生成して、記憶装置に記憶させる制約条件生成手段と、
   上記予め定めた積付方法で求められた初期実行可能解の入力を受け付けて、記憶装置に記憶する初期設定手段と、
   上記初期実行可能解と上記目的関数と上記制約条件式の入力を受け付けて、シンプレックス演算処理を実行するシンプレックス演算手段と、
   最適解を求めるための演算処理を制御する探索制御手段とを備え、
   この探索制御手段は、
   上記シンプレックス演算手段による最初の演算処理の結果、上記の要素ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解として積付データを出力し、
   上記の要素ｘｉの値が０または１以外の場合には、上記初期実行可能解の目的関数の値を最大値とし、上記シンプレックス演算手段による演算処理の結果得られた目的関数の値を最小値として、その範囲の目的関数の値をとる積載直方体の使用個数の組合せを列挙し、その中から目的関数が上記最小値に近いものを選択して、
   上記制約条件生成手段に対して、どの種類の積載直方体を何個選択して積付けに使用するかを定め、積載直方体使用行列Ｃと積載直方体の使用個数ベクトルの積が積載直方体使用予定個数ベクトルｄと等しいとする第２制約条件式Ｃｘ＝ｄの生成を依頼し、
   さらに、上記第１制約条件式と上記第２制約条件式と上記第３制約条件式の制約条件下で、上記シンプレックス演算手段に演算処理を依頼し、
   その後得られたシンプレックス演算処理により、ｘｉの値が０または１のいずれかであって、それ以外のものを含まない解のときは、その解を最適解として積付データを出力し、
   それ以外の場合には、列挙された上記積載直方体の使用個数の組合せの中から、目的関数の値が上記最小値に近い次の候補を選択して、
   上記制約条件生成手段に対して、新たな第２制約条件式Ｃｘ＝ｄの生成を依頼し、
   この新たな制約条件下で、上記シンプレックス演算手段に対して演算処理を依頼するという動作を繰り返すように制御することを特徴とする建築用木材の積付装置。
2. 上記積載直方体の横長、縦長または高長のいずれかを、上記建築用木材の横長または高長で等分割して得られる分割積載直方体の中に、上記建築用木材を２次元配置するように最適解を求めることを特徴とする請求項１に記載の建築用木材の積付装置。
3. 積み付け対象に含まれている一部の建築用木材の縦長が積載直方体の横長および高長のいずれよりも長い場合に、全ての建築用木材の縦長方向と積載直方体縦長方向とを平行に配置することにし、積み付け対象となる建築用木材の横長がほぼ均一な場合に、条件として与えられた積載直方体を高長方向に、建築用木材の横長で等分割して、分割積載直方体群を設定し、各分割積載直方体の縦長と横長とからなる２次元平面に、建築用木材の縦長と高長とからなる２次元形状を配置して、最適解を求めることを特徴とする請求項２に記載の建築用木材の積付装置。
4. 建築用木材の横長や縦長や高長の数値に金物に相当する増分を加えてから最適解を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の建築用木材の積付装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の積付装置を使用して梱包体を形成する建築用木材の積付方法。
6. 金物を固定した建築用木材が混在している場合に、３次元方向に隣接配置された建築用木材の金物が相互に干渉しないように、積載直方体中で建築用木材の配置をシフトさせることを特徴とする請求項５に記載の建築用木材の積付方法。
7. 請求項１乃至４のいずれかに記載の積付装置による演算処理の結果を使用して、全ての建築用木材に、プレカット工程の直前または直後に、積み付けるべき積載直方体を指定する表示と、積み付け位置と積み付け順の表示を印刷することを特徴とする建築用木材の積付方法。
8. 全ての建築用木材に印刷され、もしくは電子的に記録された識別情報を読み取って、請求項１乃至４のいずれかに記載の積付装置による演算処理の結果得られた積載直方体と建築用木材の関係を示すデータを使用して、各建築用木材を積み付け順に並べ替えて、梱包体を形成することを特徴とする建築用木材の積付方法。
9. 請求項５乃至８のいずれかに記載の建築用木材の積付方法を使用して形成した梱包体。
10. コンピュータを、請求項１乃至４のいずれかに記載の建築用木材の積付装置として機能させるコンピュータプログラム。
11. 請求項１０に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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