JP6904373B2 - 配船計画作成方法、その方法による操業方法、及び配船計画作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、配船計画作成方法、その方法による操業方法、及び配船計画作成装置に関する。

船による原料の輸送を行う際に、使用する船と積載する物品、届け先の順路を決めた輸送計画を適切に立てることは、安定的な供給及び輸送コストの削減から重要である。特に輸送してきた原料から製品を製造している工場は、原料の在庫を確保できるよう原料のサプライヤーの積地から輸送する必要があるため、安定的な供給が求められる。しかし、扱う原料の種類や積地、揚地である工場の数が多くなると輸送計画は複雑化し、輸送コストの削減の立案が困難となる。このような課題を解決するため、数理計画法やメタヒューリスティクス等の最適化技術を用いた各種の計画作成手法が提案されている。

上記手法の適用分野の１つである製鉄所では、日々、海外から輸送されてきた原料を用いて鉄鋼製品を生産している。高品質な製品を安定して生産するためには、複数の原料の配合による成分の調整が必要であり、複数の原料を切らさずに安定して製鉄所に供給する必要がある。他方で、原料の輸送コストを削減する必要もある。品質と輸送コストをバランスよく実行するためには適切な輸送計画（本案件では配船計画）を作成する必要がある。輸送コストには、船の傭船コスト、及び契約した予定より多くの荷役日数を要した場合に船主に支払う滞船料等がある。

原料のサプライヤーの港（積地）は海外に複数あり、１回の航海で１か所又は複数の積地で異なる銘柄の原料を積載する。原料の供給先である揚地も複数あり、これも１回の航海で１か所又は複数の揚地で荷揚げを行う。１つの積地では異なる種類の銘柄の原料の積載が可能である。航海を担う船は荷物を載せる箇所が分割されたバルク船を使用する。バルク船には数種類のサイズがありそれぞれ積載可能な量や傭船コストが異なる。また、船の契約形態には２種類あり、その１つの専用船は長期間専従する契約を結んだ船であり優先して使用する必要がある。もう１つが航海の都度手配するスポット船である。一般に航海は年間に数百回を行われ、各航海について配船日/使用船/積地/積載銘柄/積載量を決めた積地での予定及び、揚地/荷揚銘柄/荷揚量を決めた揚地での予定を決める必要がある。このように積地及び揚地の予定の両方を考慮する必要があるため、変数である決定項目が多数あり、取り得る組合せは膨大になる。多数の組合せを列挙していては実用的な時間で計算できない。そのため、原料の安定供給及び輸送コスト削減の観点で最適解を得るために、数理計画法やメタヒューリスティクス等の最適化技術を用いた各種の計画作成手法が提案されている。

例えば特許文献１では各輸送手段の運航順序及び輸送物品の品種の設定と、当該設定を元に各物品の品種毎の到着日と到着量を算出するシミュレーションを繰り返し実行し、メタヒューリスティクスを用いて最適な物流計画を作成している。また特許文献２では、船舶毎に運航可能な積地と揚地の組み合せパターンと、揚地での需給バランス制約を表す数式モデルを作成し、数理計画法を用いて最適化計算を実行後、シミュレーションにより詳細に配船の計画を立案している。

特開平１１−３１０３１３号公報 特許第４６６９５８３号公報

しかしながら、特許文献１では１回の航海で対象としている揚地は１か所であり、複数の揚地にて荷揚げすることを考慮していない。また特許文献２では、最適化計算の実行後、バース上で船の荷役が重複しない等のシミュレーションを実施している。そのため重複しないように船の荷役時刻を変更したシミュレーション結果は、最適化計算により得られた結果から乖離して需給のバランスが悪化する可能性がある。特にバースの能力に余裕がない場合などは当該悪化の可能性が高まり、在庫切れを起こす虞がある。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、シミュレーションを必要としない方法で、複数の積地から複数の揚地への原料の安定供給と輸送コストの最小化の両立を考慮した配船計画を作成することができる配船計画作成方法、その方法による操業方法、及び配船計画作成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る配船計画作成方法は、複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する配船計画作成方法であって、前記揚地毎の各原料の在庫量及び在庫上下限値を含む原料情報、前記揚地毎のバースに関する荷役能率を含む揚地情報、前記積地毎の積載可能な原料の量を含む積地情報、使用する船舶の能力及び輸送コストを含む船舶情報を有する配船計画作成に関する情報を読み込むデータ読込ステップと、船による輸送に関する制約を考慮せずに、前記在庫上下限値に基づき、各揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を計算する必要荷揚量計算ステップと、前記必要荷揚量計算ステップの計算結果に基づき、航路パターンの各積地での積載原料及び積載量と各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを定めた仮航海パターンを作成する仮航海パターン作成ステップと、前記仮航海パターンに基づき複数の航海パターンを作成し、作成した複数の航海パターンの中から、前記在庫上下限値からの過不足及び輸送コストに基づき配船計画で用いる航海パターンを選択する航海パターン作成・選択ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る操業方法は、上記の配船計画作成方法により作成した配船計画を利用して製鉄所の操業を行うことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る配船計画作成装置は、複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する配船計画作成装置であって、前記揚地毎の各原料の在庫量及び在庫上下限値を含む原料情報、前記揚地毎のバースに関する荷役能率を含む揚地情報、前記積地毎の積載可能な原料の量を含む積地情報、使用する船舶の能力及び輸送コストを含む船舶情報を有する配船計画作成に関する情報を読み込むデータ読込部と、船による輸送に関する制約を考慮せずに、前記在庫上下限値に基づき、各揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を計算する必要荷揚量計算部と、前記必要荷揚量計算部の計算結果に基づき、航路パターンの各積地での積載原料及び積載量と各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを定めた仮航海パターンを作成する仮航海パターン作成部と、前記仮航海パターンに基づき複数の航海パターンを作成し、作成した複数の航海パターンの中から、前記在庫上下限値からの過不足及び輸送コストに基づき配船計画で用いる航海パターンを選択する航海パターン作成・選択部と、を有することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る配船計画作成方法、その方法による操業方法、及び配船計画作成装置によれば、シミュレーションを必要としない方法で、揚地への原料の安定供給と輸送コストの最小化の両立を考慮した配船計画を作成することが可能である。

本発明の実施形態１に係る配船計画作成装置のブロック図である。 本発明の実施形態１に係る配船計画作成装置の動作を示すフローチャートである。 各揚地における各銘柄の在庫量及び消費量を示す情報である。 各揚地における置場容量を示す情報である。 各バースの最大能率（千トン/日）、各日における荷役能率(千トン/日)、及びバース使用不可日を示す情報である。 各船サイズのハッチサイズ及びハッチ数を示す情報である。 各積地及び各揚地における入港不可船サイズを示す情報である。 各銘柄の荷積可能量を示す情報である。 日本から各積地への航海日数を示す情報である。 各積地間の航海日数を示す情報である。 積地揚地間の航海日数を示す情報である。 各揚地間の航海日数を示す情報である。 各積地における荷役日数を示す情報である。 各専用船の船サイズ、予定航海終了日、ＤＥＳレート、ＤＥＭレート、及び揚げランを示す情報である。 各スポット船の船サイズ、傭船費用、ＤＥＳレート、ＤＥＭレート、及び揚げランを示す情報である。 各経過日数における必要荷揚量を示す情報である。 各要求期間における必要荷揚量を示す情報である。 航路パターンの一覧を示す情報である。 仮航海パターンを示す情報である。 航海パターンの一例を示す情報である。 本発明の実施形態１に係る配船計画作成装置により作成した配船計画の一例である。 銘柄を集約した種別を示す情報である。 本発明の実施形態３に係る配船計画作成装置のブロック図である。 本発明の実施形態３に係る配船計画作成装置の動作を示すフローチャートである。 選択された航海パターン及び専用船の組み合わせを示す情報である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の一実施形態に係る配船計画作成装置１のブロック図である。本発明の一実施形態に係る配船計画作成装置１は、データベース１０と、データ読込部１１と、必要荷揚量計算部１２と、仮航海パターン作成部１３と、航海パターン作成・選択部１４とを備える。配船計画作成装置１により作成した配船計画により船を配船し、製鉄所等の工場の操業を行なうことができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る配船計画作成装置１の動作概要を示すフローチャートである。概略として実施形態１に係る配船計画作成装置１は、複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する。当該スケジュールを立案するために、はじめに配船計画作成装置１のデータ読込部１１は、データ読み込み処理を実行する（ステップＳ１００）。データ読み込み処理においてデータ読込部１１は、配船計画の作成に必要な情報をデータベース１０から読み込む。必要な情報は、配船計画作成に関する情報であり、原料情報、揚地情報、積地情報、及び船舶情報を含む。原料情報は、揚地毎の各原料の在庫量及び在庫上下限値を含む。積地情報は、揚地毎のバースに関する荷役能率を含む。積地情報は、積地毎の積載可能な原料の量を含む。船舶情報は、使用する船舶の能力及び輸送コストを含む。

次に必要荷揚量計算部１２は、必要荷揚量計算処理を実行する（ステップＳ２００）。必要荷揚量計算処理では、在庫上限値に基づき、原料の在庫を在庫上下限値に収めるために必要な、各揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を計算する。ここで必要荷揚量計算処理では、船による輸送に関する制約（使用する船、バースに関する制約等）を考慮しない。

続いて仮航海パターン作成部１３は、仮航海パターン作成処理を実行する（ステップＳ３００）。仮航海パターン作成処理では、航路パターンに基づき仮航海パターンを作成する。航路パターンとは配船する船の航路の組合せを表し、荷揚時期、船サイズ、積地、及び揚地の組み合わせにより定義される。また仮航海パターンとは、航路パターンにおいて、各積地での積載原料及び積載量と、各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを定めたものである。仮航海パターン作成処理では、必要荷揚量計算処理の計算結果に基づき、航路パターンの各積地での積載原料及び積載量と、各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを決定することで仮航海パターンを作成する。

続いて航海パターン作成・選択部１４は、航海パターン作成・選択処理を実行する（ステップＳ４００）。航海パターンとは、仮航海パターンにおいて使用する船、バース、及び航海スケジュールを定めたものである。航海スケジュールは、日本出航日、積地到着日、積地出発日、揚地到着日、揚地での荷役開始日、荷役終了日等である。かかる処理では、まず、仮航海パターン作成処理により作成された仮航海パターンに基づき複数の航海パターンを作成する。そして作成した複数の航海パターンの中から、在庫上下限値からの過不足及び輸送コストに基づき配船計画で用いる航海パターンを選択する。以下、配船計画作成装置１による配船計画の各処理について説明する。なお実施形態１では、必要荷役量計算処理、仮航海パターン作成処理、及び航海パターン作成・選択処理において、原料の銘柄間での代替可能性を考慮せずに処理を行う。すなわち実施形態１では、各銘柄の在庫量、消費量、荷積量、及び荷揚量をそれぞれ独立のものとして取り扱って処理を行う。

［データの読み込み処理］
配船計画作成装置１のデータ読込部１１は、計画期間（計画開始日及び計画終了日）と、配船計画の作成に必要な各情報とを、ユーザ入力又はデータベース１０から読み込む。図３から図１５に、データベース１０に記憶されている情報を示す。データ読込部１１はこれらの情報を読み込む。

図３は、各揚地（揚地１、揚地２、・・・）における各銘柄の在庫量及び消費量の情報である。初期在庫量は、各揚地において、計画開始日（初期状態）に存在する各銘柄の在庫量である。在庫下限値は、各銘柄の在庫の下限値を示しており、各銘柄の在庫量が、常時下限値を下回らないようにすることが望ましい。在庫上限値は、各銘柄の在庫の上限値を示しており、各銘柄の在庫量が、常時上限値を超過しないようにすることが望ましい。以下、在庫下限値及び在庫上限値をまとめて、在庫上下限値ともいう。消費量とは、各銘柄の一日あたりに消費される量を示している。

図４は、各揚地における置場容量を示す情報である。上限値は、各揚地の置場の大きさから定まる最大値を示す。図５は、各バースの最大能率（千トン/日）と各日における荷役能率(千トン/日)を示す情報である。日付は計画開始日から起算した経過日数で表している。荷役設備の定期修理等により荷役の能率の低下が生じ、荷役能率は変動する。また、修理の内容によっては船が着岸できない場合（SD(シャットダウン)期間）、あるいは計画対象とは異なる原料船等が着岸する予定がすでに入っているため着岸できない場合もあり、その場合、使用不可（荷役不可）という意味で「不可」と記載している。

図６は、各船サイズのハッチサイズ及びハッチ数を示す情報である。船サイズは、例えばケープサイズ、パナマックスサイズ、及びハンディサイズであり、図６ではそれぞれ“ケープ”、“パナマックス”、及び“ハンディ”と表している。各船サイズの積載可能量は、図６に示すハッチサイズとハッチ数により定まる。図７は、各積地及び各揚地における入港不可船サイズを示す情報であり、各積地及び各揚地に入港できない船サイズが図６の各船サイズの名称により示されている。図７において“なし”と示されている場合は、当該積地又は揚地において図６に示す全船サイズの船が入港できることを意味する。図８は、各銘柄の荷積可能量とその積地を示す情報である。各銘柄の荷積可能量及び積地はサプライヤーとの取り決めに基づくものである。

図９から図１２は、航海スケジュールを決定するために必要な、航海日数に係る情報である。図９は、日本から各積地への航海日数を示す情報である。図９に示すように、例えば日本から積地１へは１０日間、日本から積地２へは３０日間を必要とする。図１０は、各積地間の航海日数を示す情報である。図１０に示すように、積地１と積地２との間は３日間、積地１と積地３との間は５日間、積地２と積地３との間は３日間の航海日数を要する。図１１は、各積地と各揚地間の航海日数を示す情報である。図１１に示すように、積地１と揚地１との間は１３日間、積地１と揚地２との間は１４日間、積地２と揚地１との間は７日間、積地２と揚地２との間は８日間の航海日数を要する。図１２は、各揚地間の航海日数を示す情報である。図１２に示すように、揚地１と揚地２との間は１日間、揚地１と揚地３との間は３日間、揚地２と揚地３との間は１日間の航海日数を要する。

図１３は、各積地における荷役日数を示す情報である。図１４は、各専用船の船サイズ、予定航海終了日、ＤＥＳレート、ＤＥＭレート、及び揚げランを示す情報である。予定航海終了日は、計画開始日からの経過日数により表されている。図１５は、各スポット船の船サイズ、傭船費用、ＤＥＳレート、ＤＥＭレート、及び揚げランを示す情報である。ＤＥＳレート、ＤＥＭレート、及び揚げランは、滞船料又は早出料の計算時に必要となるもので、船毎に契約で取り決められた値が設定されている。

［必要荷揚量計算処理］
データ読込部１１によるデータの読み込みの後、必要荷揚量計算部１２は、必要荷揚量の計算処理を行う。必要荷揚量は、複数の揚地における各銘柄の在庫を在庫上下限値に収めるために必要な各銘柄の荷揚量である。かかる計算処理により、銘柄毎にどのタイミングでどれだけの量を荷揚する必要があるかを把握することができる。かかる計算処理は、以下に示す線形式により表現することが可能であり、混合線形計画法により解くことができる。以下具体的に説明する。

まず各揚地における各銘柄の在庫推移は、以下の数式(1-1)及び数式(1-2)により表される。

各揚地における各銘柄の在庫を在庫上下限値の範囲内に収めるための制約式は以下の数式(1-3)(1-4)により表される。

また、各揚地において荷揚げした原料の置場の容量には、図４に示す上限値が設定されている。各揚地における置場容量の制約式は以下の数式(1-5)により表される。

また、１日で荷揚げ可能な量は、図５に示す各バースの荷役能率及び船が着岸できない場合により制限される。このような荷揚設備に係る制約式は以下の数式(1-6)により表される。

さらに必要荷揚量計算処理では、揚地における荷揚げの総回数を最小化した解を得られるように最適化を行う。これにより、毎日少量の荷揚量の荷揚を行う等、荷揚量が少なく荷揚回数が多いような解を排除することができる。まず荷揚げの総回数をカウントするための変数を以下の式(1-7)により定義する。

上述のカウント用の変数を全日程、全銘柄、及び全揚地において合計した値が荷揚げの総回数である。この目的関数は以下の数式(1-8)により表される。

必要荷揚量計算部１２は、上記の数式(1-1)から数式(1-8)に基づき必要荷揚量の計算を行う。図１６に、当該計算により各経過日数における必要荷揚量の情報を示す。図１６の情報は、各銘柄がどの揚地にどのタイミングでどれだけ必要であるかを示している。

図１７は図１６に基づく情報であり、図１６に示す１日単位の必要荷揚量の情報を所定期間（本実施形態では２週間であり、以下、要求期間という。）で集約したものである。例えば図１６の要求期間Ｎｏ．１は、図１５の経過日数１〜１４の２週間の必要荷揚量を合計したものであり、要求期間Ｎｏ．２は、図１５の経過日数１５〜２８の２週間の必要荷揚量を合計したものである。要求期間内の必要荷揚量を、要求枠ともいう。なお要求期間は２週間に限られず、例えば１週間等、任意の期間を取り得る。

［仮航海パターン作成処理］
仮航海パターン作成部１３は、必要荷揚量計算処理の計算結果（要求枠）に基づき仮航海パターンを作成する。図１８は、航路パターンの一覧を示す情報であり、取り得る荷揚時期、船サイズ、積地、及び揚地を定めた全航路パターンが列挙されたものである。図１８の船サイズ、ハッチサイズ、及びハッチ数に係る情報は、図６に示す情報に基づく。なお、制約上取り得ない航路パターンは、図１８に列挙されない。例えば、図６にて示したように、船のサイズにより荷役作業ができない積地及び揚地が存在するため、船サイズによる制約を満たさない組み合わせは、航路パターンとして列挙されない。なお本実施の形態では、ある航路パターンでの積地の最大数が第一積地及び第二積地の合計２箇所であり、揚地の最大数が第一揚地及び第二揚地の合計２箇所である場合について説明するが、積地及び揚地の最大数は２に限られず、３以上であってもよい。

仮航海パターン作成部１３は、以下に示す最適化問題を解くことで、航路パターンの各積地での積載銘柄及び積載量と、各揚地での荷揚銘柄及び荷揚量とを決定し、仮航海パターンを作成する。まず、作成する仮航海パターンは要求枠を充足する必要がある。各航路パターンの荷揚量と要求枠の充足との関係式は、以下の数式(2-1)により表される。

また、作成する仮航海パターンでは、船の積荷を満載にする。当該制約式は以下の数式(2-2)により表される。

また、船が寄港しない積地及び揚地においては、それぞれ荷積み及び荷揚げが不可能であるとの制約式は、以下の数式(2-2)及び(2-4)により表される。

ここでMB(r)及びPB(r)は、それぞれ以下を意味し、本明細書において以下同様の意味で使用される。
MB(r)：航路パターンrで寄港する積地で積載可能な銘柄mの集合
PB(r)：航路パターンrで寄港する揚地pの集合

また各銘柄の荷積ができる総量の上限は、図８に示す荷積可能量である。かかる制約式は、以下の数式（2-5）により表される。

仮航海パターン作成処理では、要求枠からの過不足を表す値の絶対値の合計を最小にするように最適化する。この目的関数は以下の数式(2-6)により表される。

仮航海パターン作成部１３は、上記の数式(2-1)から数式(2-6)に基づき、各航路パターンＮｏ．１〜Ｎｏ．Ｎのそれぞれについて荷積量及び荷揚量等を定め、それぞれ仮航海パターンＮｏ．１〜Ｎｏ．Ｎを作成する。図１９に仮航海パターンの一例を示す。各荷揚量は、揚地での荷揚量を表し、また当該荷揚量の荷揚を行うために、積地で同量の荷積を行う。例えば図１９の仮航海パターン１は、航路パターン１の航路に基づく仮航海パターンであり、銘柄Ｉについては、積地４で４０千ｔの荷積を行い、揚地４で４０千ｔの荷揚を行っている。同様に銘柄Ｋについては、積地４で１００千ｔの荷積を行い、揚地４で１００千ｔの荷揚を行っている。また同様に銘柄Ｆについては、積地２で２０千ｔの荷積を行い、揚地４で２０千ｔの荷揚を行っている。なお計算の結果、荷揚量の合計がゼロである場合、当該航路パターンによる航海は行わないことを意味する。

［航海パターン作成・選択処理］
図１９に示す仮航海パターンは、使用する船及び各要求期間における航海スケジュールが定まっていない。また仮航海パターンでは、揚地は定まっているものの、当該揚地のどのバースで荷役作業を行うかは定まっていない。航海パターン作成・選択部１４は、これらを定める処理であり、仮航海パターン毎に、取り得る使用船、航海スケジュール、及び荷役バースを組み合わせて複数の航海パターンを作成する。図２０は、図１９の仮航海パターン２に基づき作成した複数の航海パターンの一例を示す情報である。航海パターンの各スケジュールは以下のように計算する。
積地到着日＝日本出航日＋（日本−積地間航海日数）
積地出発日＝積地到着日＋（第一積地での荷役日数＋第一積地と第二積地との間の航海日数＋第二積地での荷役日数）
第一揚地到着日＝積地出発日＋（積地−揚地間航海日数）
第一揚地荷役開始日＝第一揚地到着日＋第一揚地での滞船日数
第一揚地荷役終了日＝第一揚地荷役開始日＋第一揚地荷役日数
第二揚地到着日＝第一揚地荷役終了日＋第一揚地と第二揚地との間の航海日数
第二揚地荷役開始日＝第二揚地到着日＋第二揚地での滞船日数
第二揚地荷役終了日＝第二揚地荷役開始日＋第二揚地荷役日数
ここで、揚地での揚地荷役日数は図５で示した荷揚能率情報と荷揚する数量から計算する。また、揚地荷役開始日から揚地荷役終了日の期間中に船がバースに着岸できない日（図５の不可の日）を含むスケジュールの航海パターンは作成しない。

また、傭船コストは以下のように設定する。
専用船の傭船コスト＝０
スポットの傭船コスト＝（日本出航日から第二揚地荷役終了日までの日数）×費用（円/日）
上記の費用は、図１５に示す船サイズ毎の傭船費用に基づく。

また滞船料/早出料の計算に際し、以下の過不足時間を計算する。
過不足時間(hr)=揚地での荷役日数−揚地での荷役量（t）/船毎の揚げラン（t/hr）
ここで、船毎の揚げランは、揚地毎、船毎の荷役能率の設定値（契約値）を示す。契約に基づき設定された荷役能率を上回る能率が達成できれば過不足時間はプラスとなり、報酬が得られ、設定された荷役能率を下回ると過不足時間はマイナスとなり、ペナルティが発生する。
過不足時間がプラスの場合（予定より早く荷役が終了した場合）には、DESレートに基づき早出料を以下のように計算する。他方で過不足時間がマイナスの場合（予定より遅く荷役が終了した場合）にはDEMレートに基づき滞船料を以下のように計算する。
滞船料/早出料=DES（早出料）レート(円/hr)×過不足時間
滞船料/早出料=DEM（滞船料）レート(円/hr)×過不足時間

例えば図２０の航海パターンNo.iは日本出航日を計画開始日とし、第一揚地荷役バースをB2-1、第二揚地荷役バースをB3-1とし、第一揚地と第二揚地ともに滞船日数を０とする組合せを採用した航海パターンである。航海パターンNo.i+1，No.i+2は、いずれも第二揚地での滞船日数を航海パターンNo.iから変更したパターンである。また、航海パターンNo.jは、第二揚地荷役バースを航海パターンNo.iから変更したパターンである。また、航海パターンNo.kは日本出航日を航海パターンNo.iから変更したパターンである。航海パターンNo.lは使用船をスポットから特定の専用船に変更したパターンである。ここで、日本出航日を変更した組み合わせを考える場合、元となった仮航海パターンの要求期間内に第一揚地荷役開始日が収まるようにしている。また、滞船日数には上限値を設定する。当該上限値は例えば１０日であり、１０日を超過する滞船日数の航海パターンは作成しない。作成した複数の航海パターンの中から、在庫推移上下限、バースのリソース制約、各種銘柄契約量上限に基づき、後述する目的関数によって最適化問題を解いて、配船計画に用いる航海パターンを選択する。この最適化問題は以下の数式により表される。

まず揚地のバースでは、１隻の船のみが荷揚作業が可能で、他の船は同一のバースでの荷役作業を同時に行えない。このようなバースのリソースに係る制約式は、以下の数式（3-1）で表される。

また専用船を用いる場合、専用船が同時期に別の航海に従事していない必要がある。仮に別の航海において専用船が用いられている場合、当該専用船を配船計画の航海パターンにおいて用いることができない。かかる制約は以下の数式(3-2)で表される。

各揚地の在庫推移は、以下の数式(3-3)及び(3-4)により表される。

各揚地における置場容量の制約式は以下の数式(3-5)により表される。

在庫推移の上下限値は、以下の数式(3-6)及び(3-7)で表される。

積載可能量の制約は以下の数式(3-8)により表される。

ここでVは航海パターンvの集合を意味し、本明細書において以下同様の意味で使用される。

本実施形態に係る航海パターン作成・選択処理では、在庫推移の上下限値からの過不足分、及び輸送コスト（滞船料/早出料と傭船料）の重み付線形和が最小となる解を求める。この目的関数は以下の数式（3-9）により表される。

航海パターン作成・選択部１４は、数式(3-1)から数式(3-9)に基づき最適化計算を行い、航海パターンを選択する。このようにして選択された航海パターンの集合が配船計画となる。図２１に、選択された航海パターンを記した配船計画の一例を示す。図２１中の太黒線は船がバースで荷役している期間を表し、細い線はバースへの着岸待ち、破線は揚地間の移動を表している。お互いの荷役が被ることなく、またバースが使用不可（荷役不可）の場合は荷役しないようにスケジュールを組むことができている。さらに、図２１に示すように、多港積み、多港揚げを考慮した配船スケジュールが作成できていることが分かる。

このように、実施形態１に係る配船計画作成装置１によれば、複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する際に、まず船による輸送に関する制約を考慮せずに必要荷揚量を計算する。そして当該必要荷揚量に基づき全航路パターンから仮航海パターンを作成した上で、仮航海パターンにて使用する船及び航海スケジュールを定めて複数の航海パターンを作成する。このようにして作成した航海パターンから、在庫推移の上下限値からの過不足分、及び輸送コストを考慮した最適化計算を行って航海パターンを選択して配船計画を作成する。そのため、シミュレーションを行うことなく、複数の揚地への原料の安定供給と輸送コストの最小化の両立を考慮した配船計画を作成することが可能である。

なお、本実施形態では上記の最適化計算を混合整数計画法で解いたがこれに限らない。例えば最適化問題は混合整数計画法及び制約プログラミング、メタヒューリスティクスなどの最適化手法により解くことが可能である。

（実施形態２）
以下に、本発明の実施形態２について説明をする。実施形態２に係る配船計画作成装置１は、実施形態１に係る構成と比較して、銘柄間で代替可能な銘柄を集約した種別リストを用いる点が相違する。各構成要素は実施形態１に係る構成と同一であるため、説明は省略する。

銘柄間で代替可能なものがある場合、銘柄単位ではなく銘柄を集約した種別単位で在庫推移を考慮してもよい。図２２に、銘柄を集約した種別を示している。実施形態２に係る配船計画作成装置１のデータ読込部１１は、実施形態１に示す情報に加えて、当該種別リストを読み込む。そして実施形態２では各処理において、初期在庫及び消費量の情報を銘柄単位ではなく種別単位で合計した値を用い、各処理の最適化問題の一部の数式を、種別単位に変更したものを用いる。以下、種別gの集合をGとし、MG(g)は、種別gに属する銘柄mの集合を表すものとして説明する。まず、必要荷揚量計算処理の最適化問題の数式(1-1)から(1-8)を、それぞれ以下のように変更する。

また、仮航海パターン作成処理の最適化問題の数式のうち、数式(2-1)及び数式(2-6)について、それぞれ以下のように変更する。

また、航海パターン作成・選択処理の最適化問題の数式のうち、数式(3-3)から数式(3-9)についてそれぞれ以下のように変更する。

実施形態２では、上記の変更した式を用いて最適化計算を行って航海パターンを選択する。選択された航海パターンの集合が配船計画となる。実施形態２に係る配船計画作成装置１も実施形態１と同様に、シミュレーションを行うことなく、複数の揚地への原料の安定供給と輸送コストの最小化の両立を考慮した配船計画を作成することが可能である。また銘柄間で代替可能な原料がある場合に、種別単位で計算して、銘柄間の代替を考慮した最適な配船計画を作成することができる。

（実施形態３）
上記の実施形態で、航海パターン作成・選択処理において航海パターンを作成する際、スポット船及び専用船のいずれを使用する場合も考慮していた。しかし専用船の数が多くなると航海パターンの数も爆発的に増え、航海パターン作成・選択処理における最適化計算の計算負荷が増え、処理時間が長くなる可能性がある。そこで、航海パターン作成・選択処理の航海パターン作成では専用船を用いることは考慮せず、全てスポット船として航海パターンを作成する。そして選択された航海パターンにおいて専用船を割り付ける。

図２３は、本発明の実施形態３の配船計画作成装置１ｃのブロック図である。実施形態３に係る配船計画作成装置１ｃは、実施形態１にかかる構成と比較して、割り付け処理部１５を備える点が相違する。その他、各構成要素は実施形態１に係る構成と同一であるため同一の符号を付し、説明は省略する。

図２４は、本発明の実施形態３に係る配船計画作成装置１の動作概要を示すフローチャートである。ステップＳ１００からステップＳ３００までは実施形態１と同様であるため説明は省略する。概略として実施形態３に係る配船計画作成装置１は、航海パターン作成・選択処理において、航海パターン作成・選択部１４が使用船を全てスポット船であるとして航海パターンを作成する（ステップＳ４００ｃ）。続いて、割り付け処理部１５は、選択された航海パターンに専用船を割り付ける（ステップＳ５００）。このようにしてスポット船又は専用船を割り付けた航海パターン（船割付航海パターンともいう。）が配船計画において用いられる。以下、当該割り付け処理について説明する。

［専用船の割り付け処理］
割り付け処理部１５は、航海パターン作成・選択処理において航海パターンに基づき、選択された航海パターン、専用船、及びスポット船の組合せを作成する。図２５に、選択された航海パターン、専用船、及びスポット船の組合せを示す。当該組合せの中から最適なものを選択する。当該最適化問題は、以下の数式により表される。

まず、選択された航海パターン毎に一の船割付航海パターンが選択される必要がある。この制約は以下の数式(4-1)で表される。

次に、専用船が同時期に別の航海に従事していない必要がある。かかる制約は以下の数式(4-2)で表される。

専用船の割り付け処理において、目的関数は、傭船コストと滞船料/早出料の最小化であり、以下の数式(4-3)により表される。

割り付け処理部１５は、上記の数式(4-1)〜(4-3)に基づき最適化計算を行い、船割付航海パターンを選択する。このようにして選択された船割付航海パターンの集合が配船計画となる。

実施形態３に係る配船計画作成装置１も、実施形態１及び実施形態２と同様に、シミュレーションを行うことなく、複数の揚地への原料の安定供給と輸送コストの最小化の両立を考慮した配船計画を作成することが可能である。また、航海パターン作成・選択処理の航海パターン作成では専用船を用いることは考慮せず、全てスポット船として航海パターンを作成し、選択された航海パターンにおいて専用船を割り付ける処理を別途行う。これにより、専用船の数が多くなった場合でも、計算処理に要する時間を抑えることができる。

ここで、配船計画作成装置１、配船計画作成装置１ｃとして機能させるために、コンピュータを用いることができ、そのようなコンピュータは、配船計画作成装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）によってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１、１ｃ 配船計画作成装置
１０ データベース
１１ データ読込部
１２ 必要荷揚量計算部
１３ 仮航海パターン作成部
１４ 航海パターン作成・選択部
１５ 割り付け処理部

Claims (7)

1. 配船計画作成装置が、複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する配船計画作成方法であって、
   前記揚地毎の各原料の在庫量及び在庫上下限値を含む原料情報、前記揚地毎のバースに関する荷役能率を含む揚地情報、前記積地毎の積載可能な原料の量を含む積地情報、使用する船舶の能力及び輸送コストを含む船舶情報を有する配船計画作成に関する情報を読み込むデータ読込ステップと、
   船による輸送に関する制約を考慮せずに、前記在庫上下限値に基づき、各揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を計算する必要荷揚量計算ステップと、
   前記必要荷揚量計算ステップの計算結果に基づき、航路パターンの各積地での積載原料及び積載量と各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを定めた仮航海パターンを作成する仮航海パターン作成ステップと、
   前記仮航海パターンに基づき複数の航海パターンを作成し、作成した複数の航海パターンの中から、前記在庫上下限値からの過不足及び輸送コストに基づき配船計画で用いる航海パターンを選択する航海パターン作成・選択ステップと、
   を含む配船計画作成方法。
2. 前記データ読込ステップにおいて、前記複数の銘柄のうち銘柄間で代替可能な銘柄を集約した種別リストを読み込み、
   前記必要荷揚量計算ステップにおいて、揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を種別毎に計算し、
   前記仮航海パターン作成ステップにおいて、積載原料及び荷揚原料を種別毎に定めて仮航海パターンを作成し、
   前記航海パターン作成・選択ステップにおいて、種別毎の在庫上下限値に基づき航海パターンを選択することを特徴とする、請求項１に記載の配船計画作成方法。
3. 前記航海パターン作成・選択ステップにおいて、専用船を用いることを考慮せずに航海パターンを選択し、選択された航海パターンに専用船を割り付ける割り付け処理を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の配船計画作成方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の配船計画作成方法により作成した配船計画を利用して操業を行う、操業方法。
5. 複数の積地から複数の揚地へ、複数の銘柄の原料を船で輸送するスケジュールを立案する配船計画作成装置であって、
   前記揚地毎の各原料の在庫量及び在庫上下限値を含む原料情報、前記揚地毎のバースに関する荷役能率を含む揚地情報、前記積地毎の積載可能な原料の量を含む積地情報、使用する船舶の能力及び輸送コストを含む船舶情報を有する配船計画作成に関する情報を読み込むデータ読込部と、
   船による輸送に関する制約を考慮せずに、前記在庫上下限値に基づき、各揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を計算する必要荷揚量計算部と、
   前記必要荷揚量計算部の計算結果に基づき、航路パターンの各積地での積載原料及び積載量と各揚地での荷揚原料及び荷揚量とを定めた仮航海パターンを作成する仮航海パターン作成部と、
   前記仮航海パターンに基づき複数の航海パターンを作成し、作成した複数の航海パターンの中から、前記在庫上下限値からの過不足及び輸送コストに基づき配船計画で用いる航海パターンを選択する航海パターン作成・選択部と、
   を有する配船計画作成装置。
6. 前記データ読込部は、前記複数の銘柄のうち銘柄間で代替可能な銘柄を集約した種別リストを読み込み、
   前記必要荷揚量計算部は、揚地における荷揚時期及び荷揚げ毎の荷揚量を種別毎に計算し、
   前記仮航海パターン作成部は、積載原料及び荷揚原料を種別毎に定めて仮航海パターンを作成し、
   前記航海パターン作成・選択部は、種別毎の在庫上下限値に基づき航海パターンを選択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。
7. 前記航海パターン作成・選択部は、専用船を用いることを考慮せずに航海パターンを選択し、
   前記配船計画作成装置はさらに、選択された航海パターンに専用船を割り付ける割り付け部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の配船計画作成装置。

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