JP7010254B2 - Production planning method and production planning system - Google Patents

Production planning method and production planning system Download PDF

Info

Publication number
JP7010254B2
JP7010254B2 JP2019037424A JP2019037424A JP7010254B2 JP 7010254 B2 JP7010254 B2 JP 7010254B2 JP 2019037424 A JP2019037424 A JP 2019037424A JP 2019037424 A JP2019037424 A JP 2019037424A JP 7010254 B2 JP7010254 B2 JP 7010254B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
processing
time
model
rolling
production
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019037424A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020140615A (en
Inventor
一浩 中辻
収 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2019037424A priority Critical patent/JP7010254B2/en
Publication of JP2020140615A publication Critical patent/JP2020140615A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7010254B2 publication Critical patent/JP7010254B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30Computing systems specially adapted for manufacturing

Description

本発明は、複数の対象物のそれぞれに対し生産ラインの複数の処理設備において処理を施す際、各処理設備で処理されるタイミング等を計画する生産計画方法及び生産計画システムに関する。 The present invention relates to a production planning method and a production planning system for planning the timing of processing in each processing facility when processing each of a plurality of objects in a plurality of processing facilities on a production line.

製品の加工プロセスは生産ラインにおける複数の処理設備を用いて順次行われる。製品の生産性を最大にするためには、処理設備への製品の投入スケジュール等を定めた生産計画を最適にすることが重要である。近年、製品の種類は多岐にわたり、各処理施設における処理時間等の処理条件は製品の種類毎に異なるものになる。よって、取り得る生産計画の候補の数は、投入される製品の数の増加に対して指数関数的に増加する。このため、最適な生産計画を算出する際、全ての生産計画の候補を調べ、調べた候補の中から最適な生産計画を抽出するのは現実的ではない。 The processing process of the product is sequentially performed using a plurality of processing facilities in the production line. In order to maximize product productivity, it is important to optimize the production plan that defines the product input schedule to the processing equipment. In recent years, there are a wide variety of product types, and processing conditions such as processing time in each processing facility differ for each product type. Therefore, the number of possible production plan candidates increases exponentially with the increase in the number of products to be introduced. Therefore, when calculating the optimum production plan, it is not realistic to examine all the production plan candidates and extract the optimum production plan from the examined candidates.

そこで、最適化問題を数理モデル化し、数理計画法を実装したソルバーに解く方法が提案されている(例えば特許文献1~4参照)。特許文献1~4において、数理モデルの表現方法の1つとして時空間ネットワークモデルを利用し、時空間ネットワークモデルにより配船計画やカーシェアリングシステムの運用計画、もしくは充放電について計画することが提案されている。 Therefore, a method has been proposed in which an optimization problem is mathematically modeled and solved by a solver that implements a mathematical programming method (see, for example, Patent Documents 1 to 4). In Patent Documents 1 to 4, it is proposed to use a spatiotemporal network model as one of the representation methods of a mathematical model, and to plan a ship allocation plan, an operation plan of a car sharing system, or charging / discharging by the spatiotemporal network model. ing.

特開2017-33378号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-333378 特開2016-151940号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-151940 特開2012-175722号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-175722 特開2018-106621号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-106621

特許文献1~4の方法は表現力が高く、複雑な問題でも柔軟にモデル化が可能である。しかしながら、特許文献1~4の方法においては、決定すべき変数が多く、問題の規模が大きくなるにつれ計算時間がかかり、生産性が最大になる最適な生産計画を発見するのに時間が掛かってしまう。 The methods of Patent Documents 1 to 4 have high expressive power and can be flexibly modeled even for complicated problems. However, in the methods of Patent Documents 1 to 4, there are many variables to be determined, and as the scale of the problem increases, it takes time to calculate, and it takes time to find the optimum production plan that maximizes productivity. It ends up.

そこで、本発明は、高速に生産性が最大になる生産計画を作成することができる生産計画方法及び生産計画システムを提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a production planning method and a production planning system capable of creating a production plan that maximizes productivity at high speed.

本発明は、これら課題を解決するために以下の構成を有する。
[1] 複数の処理設備を有する生産ラインにおいて複数の対象物に処理を施す際、前記各処理設備での処理の開始時間及び終了時間を複数の前記対象物毎に示した生産計画を作成する生産計画方法であって、
前記各対象物についての各処理設備での処理時間を処理条件データとして取得するデータ取得工程と、
取得した前記処理条件データに基づいて、前記各対象物へ施される処理内容及びその処理時間を時空間ネットワークモデルを介してQUBOモデルもしくはイジングモデルとして定式化する定式化工程と、
定式化したQUBOモデルもしくはイジングモデルに基づいて導出された解を取得する取得工程と、
を有することを特徴とする生産計画方法。
[2] 前記定式化工程において、前記各処理設備において同時に処理される前記対象物は1つ以下であることを示す制約条件を、ダミー変数を設けた等号式として定式化することを特徴とする[1]に記載の生産計画方法。
[3]前記定式化工程において、前記時空間ネットワークモデルのエッジに関する変数に時間が経過するほど大きくなる重みを乗じた項に基づいて、評価関数を定めることを特徴とする[1]または[2]に記載の生産計画方法。
[4] 前記定式化工程において、異なる2以上の前記処理設備で処理の代替えが可能であることを示す制約条件を、2以上の前記処理設備のうち1つの代表設備と他の代替え設備との処理能力比を前記時空間ネットワークモデルのノードへと入るエッジに関する変数の重みとして用いて定式化することを特徴とする[1]から[3]のいずれかに記載の生産計画方法。
[5] 複数の処理設備を有する生産ラインにおいて複数の対象物に処理を施す際、前記各処理設備での処理の開始時間及び終了時間を複数の前記対象物毎に示した生産計画を作成する生産計画装置であって、
前記各対象物についての各処理設備での処理時間を処理条件データとして取得するデータ取得手段と、
取得した前記処理条件データに基づいて、前記各対象物へ施される処理内容及びその処理時間を時空間ネットワークモデルを介してQUBOモデルもしくはイジングモデルとして定式化する定式化手段と、
定式化したQUBOモデルもしくはイジングモデルをアニーリングマシンで解かれたときの解を取得する解取得手段と、
を有することを特徴とする生産計画システム。
The present invention has the following configurations in order to solve these problems.
[1] When processing a plurality of objects in a production line having a plurality of processing facilities, a production plan showing the start time and end time of the processing in each of the processing facilities is created for each of the plurality of objects. It ’s a production planning method.
A data acquisition process for acquiring the processing time in each processing facility for each object as processing condition data, and
Based on the acquired processing condition data, a formulation process for formulating the processing content to be applied to each object and the processing time as a QUABO model or Ising model via a spatiotemporal network model, and a formulation process.
The acquisition process to acquire the solution derived based on the formulated QUABO model or Ising model, and
A production planning method characterized by having.
[2] In the formulation step, the constraint condition indicating that the number of the objects to be processed at the same time in each of the processing facilities is one or less is formulated as an equal sign equation provided with a dummy variable. The production planning method according to [1].
[3] In the formulation step, an evaluation function is determined based on a term obtained by multiplying a variable related to an edge of the spatiotemporal network model by a weight that increases with the passage of time [1] or [2]. ] The production planning method described in.
[4] In the formulation process, a constraint condition indicating that processing can be replaced by two or more different processing facilities is set for one representative facility among the two or more processing facilities and the other alternative facility. The production planning method according to any one of [1] to [3], wherein the processing capacity ratio is formulated by using it as a weight of a variable related to an edge entering a node of the spatiotemporal network model.
[5] When processing a plurality of objects in a production line having a plurality of processing facilities, a production plan showing the start time and end time of the processing in each of the processing facilities is created for each of the plurality of objects. It is a production planning device
A data acquisition means for acquiring the processing time in each processing facility for each object as processing condition data, and
Based on the acquired processing condition data, a formulation means for formulating the processing content to be applied to each object and the processing time as a QUABO model or Ising model via a spatiotemporal network model.
A solution acquisition means for acquiring a solution when a formulated QUABO model or Ising model is solved by an annealing machine,
A production planning system characterized by having.

本発明によれば、複数の処理設備を有する製品の加工プロセスにおいて、製品の生産計画作成問題に関する目的関数及び制約条件を、時空間ネットワークモデルの考え方を利用してQUBOモデルもしくはイジングモデルに定式化し、アニーリングマシンを用いて最適解を取得することができるため、処理内容が異なる製品が増加しても、高速に最適解を導出することができる。 According to the present invention, in the processing process of a product having a plurality of processing facilities, the objective function and the constraint condition related to the production planning problem of the product are formulated into a QUAO model or an Ising model by utilizing the concept of a spatiotemporal network model. Since the optimum solution can be obtained using the annealing machine, the optimum solution can be derived at high speed even if the number of products having different processing contents increases.

スラブを圧延処理する圧延ラインの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the rolling line which rolls a slab. 図1の圧延ラインにおける1枚のスラブの処理概要を示すガントチャートである。It is a Gantt chart which shows the processing outline of one slab in the rolling line of FIG. 2つのスラブA、Bについて1つずつ圧延処理した場合の一例を示すガントチャートである。It is a Gantt chart which shows an example of the case where two slabs A and B are rolled one by one. 圧延ラインにおける複数のスラブA、Bの圧延処理パターンを示すガントチャートである。It is a Gantt chart which shows the rolling processing pattern of a plurality of slabs A, B in a rolling line. 圧延ラインにおける複数のスラブA~Dの圧延処理パターンを示すガントチャートである。It is a Gantt chart which shows the rolling processing pattern of a plurality of slabs A to D in a rolling line. 追越圧延の処理概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the processing outline of the overtaking rolling. 本発明の生産計画システムの好ましい実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the preferable embodiment of the production planning system of this invention. 図7のデータ取得手段において取得される処理条件データSDの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the processing condition data SD acquired by the data acquisition means of FIG. 時空間ネットワークモデルの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a space-time network model. 本発明の生産計画方法の好ましい実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preferable embodiment of the production planning method of this invention.

はじめに、本発明の生産計画システムの実施形態の一例を示す生産ラインが、例えば鉄鋼業における鋼材の圧延ラインであって、以下に圧延ラインの生産計画を行う場合について例示する。図1は、処理の対象物であるスラブを圧延処理する圧延ラインの一例を示すブロック図である。図1の圧延ライン100は、スラブsを加熱する加熱炉101と、加熱炉101から供給されるスラブsを圧延する圧延設備103と、圧延設備103において圧延されたスラブsを冷却する冷却設備104と、加熱炉101と圧延設備103との間に設けられ、加熱もしくは圧延されたスラブsを待機させる待機・追越設備102とを有する。また、圧延ライン100には、各処理設備間でスラブsを搬送する搬送設備105が設けられている。 First, a case where the production line showing an example of the embodiment of the production planning system of the present invention is, for example, a rolling line of a steel material in the steel industry, and the production planning of the rolling line is performed will be illustrated below. FIG. 1 is a block diagram showing an example of a rolling line for rolling a slab, which is an object of processing. The rolling line 100 of FIG. 1 includes a heating furnace 101 for heating the slabs, a rolling equipment 103 for rolling the slabs supplied from the heating furnace 101, and a cooling equipment 104 for cooling the slabs rolled in the rolling equipment 103. And the standby / overtaking equipment 102, which is provided between the heating furnace 101 and the rolling equipment 103 and makes the heated or rolled slabs stand by. Further, the rolling line 100 is provided with a transport facility 105 for transporting the slabs between the processing facilities.

加熱炉101は、加熱したスラブを抽出するための抽出口を複数有しており、スラブsが抽出口から1枚ずつ抽出される。圧延設備103は、加熱炉101から搬送設備105を経由して搬送されたスラブsを目標の板厚まで圧延する。冷却設備104は、例えばシャワーを用いて圧延後のスラブsに対し制御冷却(加速冷却)を行う機能を有する。なお、冷却設備104においてシャワーを用いた制御冷却をせずに、待機させることによる空冷が行われても良い。 The heating furnace 101 has a plurality of extraction ports for extracting the heated slabs, and the slabs s are extracted one by one from the extraction ports. The rolling equipment 103 rolls the slabs transferred from the heating furnace 101 via the transfer equipment 105 to the target plate thickness. The cooling equipment 104 has a function of performing controlled cooling (accelerated cooling) to the slabs after rolling by using, for example, a shower. It should be noted that air cooling may be performed by allowing the cooling equipment 104 to stand by without performing controlled cooling using a shower.

待機・追越設備102は、スラブsを圧延設備103に供給する前に上流側で待機させる設備である。同時に、待機・追越設備102は、後から加熱炉101から抽出されたスラブsを先に圧延設備103に供給する等の順番の追い越しを行う際にスラブsを持ち上げる機能を有する。この待機・追越設備102は、スラブsを空冷により冷却する冷却設備として機能する。なお、空冷処理による冷却処理は水冷処理による冷却処理より目標温度までの冷却処理に長時間を要する。 The standby / overtaking equipment 102 is equipment that makes the slabs stand by on the upstream side before being supplied to the rolling equipment 103. At the same time, the standby / overtaking equipment 102 has a function of lifting the slabs when overtaking in order such as supplying the slabs extracted from the heating furnace 101 later to the rolling equipment 103 first. The standby / overtaking equipment 102 functions as a cooling equipment for cooling the slabs by air cooling. The cooling process by air cooling process requires a longer time to cool down to the target temperature than the cooling process by water cooling process.

図2は、図1の圧延ラインにおける1枚のスラブの処理概要を示すガントチャートである。なお、図2及び後述する図3~図6においては、圧延処理として1回目の圧延処理と、冷却処理と、2回目の圧延処理とが順にスラブsに施される場合について例示する。図1及び図2のように、加熱炉101から抽出されたスラブsは、圧延設備103において冷却処理の開始に必要な板厚になるまで圧延される(圧延時間T1)。その後、圧延処理の途中に冷却処理が必要なスラブsは、搬送設備105を経由して冷却設備104に搬送される。冷却設備104において目標の温度になるまで冷却された後(冷却時間T2)、再び圧延設備103に戻されて目標の板厚になるまで2回目の圧延が施される(圧延時間T3)。そして、圧延設備103が冷却が必要な板厚になるまで圧延し、さらに冷却が必要な場合には冷却設備104が搬送設備105を経由して搬送された圧延後のスラブsを冷却する。 FIG. 2 is a Gantt chart showing an outline of processing of one slab in the rolling line of FIG. 1. In addition, in FIG. 2 and FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the slabs extracted from the heating furnace 101 are rolled in the rolling equipment 103 until the plate thickness is required to start the cooling process (rolling time T1). After that, the slabs that need to be cooled during the rolling process are conveyed to the cooling facility 104 via the transport facility 105. After being cooled to the target temperature in the cooling equipment 104 (cooling time T2), it is returned to the rolling equipment 103 and subjected to a second rolling until the target plate thickness is reached (rolling time T3). Then, the rolling equipment 103 rolls until the plate thickness requires cooling, and when further cooling is required, the cooling equipment 104 cools the rolled slabs transported via the transport equipment 105.

図3は1つのスラブに着目したガントチャートを示したが、圧延ライン100においては、複数のスラブが順次圧延処理されていく。図3は2つのスラブA、Bについて1つずつ圧延処理した場合の一例を示すガントチャートである。なお、図3において、1つスラブAの処理が完了するまで次のスラブBの処理を行われない場合について例示している。つまり、図3では、スラブAに対して冷却処理を行っている期間は圧延設備103が待機状態になり、圧延処理を行っている期間は冷却設備104が待機状態になる。 FIG. 3 shows a Gantt chart focusing on one slab, but in the rolling line 100, a plurality of slabs are sequentially rolled. FIG. 3 is a Gantt chart showing an example of a case where two slabs A and B are rolled one by one. Note that FIG. 3 illustrates a case where the next slab B process is not performed until the process of one slab A is completed. That is, in FIG. 3, the rolling equipment 103 is in the standby state during the period in which the slab A is being cooled, and the cooling equipment 104 is in the standby state during the period in which the rolling process is being performed.

この場合、2つのスラブA、Bの双方の圧延処理を完了させるために必要な時間は、スラブAの1回目の圧延時間TA1、冷却時間TA2、2回目の圧延時間TA3、スラブBの1回目の圧延時間TB1、冷却時間TB2、2回目の圧延時間TB3としたとき、(TA1+TA2+TA3)+(TB1+TB2+TB3)になる。このように、処理設備において何もしていない待機時間が発生すると、必要な総圧延時間が延びて生産性の低下を招く。これを防止するため、圧延設備103または冷却設備104等の処理設備が待機している期間を短くし、複数のスラブA、Bの圧延処理の短縮化を図ることが考えられる。 In this case, the time required to complete both rolling processes of the two slabs A and B is the first rolling time TA1 of the slab A, the cooling time TA2, the second rolling time TA3, and the first rolling time of the slab B. When the rolling time TB1, the cooling time TB2, and the second rolling time TB3 are set to (TA1 + TA2 + TA3) + (TB1 + TB2 + TB3). In this way, when the waiting time when nothing is done in the processing equipment occurs, the required total rolling time is extended and the productivity is lowered. In order to prevent this, it is conceivable to shorten the waiting period of the processing equipment such as the rolling equipment 103 or the cooling equipment 104 to shorten the rolling process of the plurality of slabs A and B.

図4は、圧延ラインにおける複数のスラブA、Bの圧延処理パターンを示すガントチャートである。図4において、1回目の圧延終了後のスラブAが冷却設備104で制御冷却されている冷却時間TA2において、次のスラブBが圧延設備103において冷却処理の開始に必要な板厚になるまで圧延される(圧延時間TB1)。このとき、スラブAの2回目の圧延工程の開始時までに、スラブBの圧延工程が終了するようにする。 FIG. 4 is a Gantt chart showing rolling processing patterns of a plurality of slabs A and B in a rolling line. In FIG. 4, in the cooling time TA2 in which the slab A after the completion of the first rolling is controlled and cooled by the cooling equipment 104, the next slab B is rolled in the rolling equipment 103 until the plate thickness is required to start the cooling process. (Rolling time TB1). At this time, the rolling process of the slab B is completed by the start of the second rolling process of the slab A.

スラブBの圧延工程の終了時において、スラブAは冷却設備104による制御冷却が行われている。そこで、スラブBはラインの上流側におけるスラブAの制御冷却及び2回目の圧延処理の完了まで待機するために、待機・追越設備102に搬送され、待機しながら空冷処理により冷却される(冷却時間TB2a)。そして、スラブAの圧延処理(圧延時間TA3)が完了すると、スラブBは圧延設備103を通過して冷却設備104に搬送され、目標の温度になるまで冷却される(冷却時間TB2b)。 At the end of the rolling process of the slab B, the slab A is controlled and cooled by the cooling equipment 104. Therefore, the slab B is transported to the standby / overtaking equipment 102 in order to wait until the control cooling of the slab A on the upstream side of the line and the completion of the second rolling process, and is cooled by the air cooling process while waiting (cooling). Time TB2a). Then, when the rolling process of the slab A (rolling time TA3) is completed, the slab B passes through the rolling equipment 103, is conveyed to the cooling equipment 104, and is cooled to a target temperature (cooling time TB2b).

このように、スラブAに対する1回目の圧延時間TA1と2回目の圧延時間TA3との間に、スラブBに対する圧延処理(圧延時間TB1)と空冷による冷却処理(冷却時間TB2a)が実施される。このため、スラブA、Bの双方の圧延処理に掛かる時間が、(TA1+TA2+TA3)+(TB2b+TB3)まで短縮される。 As described above, between the first rolling time TA1 and the second rolling time TA3 for the slab A, the rolling treatment for the slab B (rolling time TB1) and the cooling treatment by air cooling (cooling time TB2a) are carried out. Therefore, the time required for the rolling process of both the slabs A and B is shortened to (TA1 + TA2 + TA3) + (TB2b + TB3).

図5は、圧延ラインにおける複数のスラブA~Dの圧延処理パターンを示すガントチャートである。図5のように、4つのスラブA~Dの圧延処理においても、図4と同様、先行するスラブの冷却期間中に後行のスラブの圧延処理が行われるようになっている。なお、各処理設備で同時に処理できるスラブは1つである。このため、例えば先行するスラブが圧延処理を行っている間、後行するスラブは圧延処理を行うことはない。また、先行するスラブが冷却設備104により制御冷却されている間、後行するスラブは冷却設備104による冷却処理を行うことはない。 FIG. 5 is a Gantt chart showing rolling processing patterns of a plurality of slabs A to D in a rolling line. As shown in FIG. 5, in the rolling process of the four slabs A to D, as in FIG. 4, the rolling process of the subsequent slab is performed during the cooling period of the preceding slab. Only one slab can be processed at the same time by each processing facility. Therefore, for example, while the preceding slab is rolling, the succeeding slab is not rolled. Further, while the preceding slab is controlled and cooled by the cooling equipment 104, the succeeding slab is not cooled by the cooling equipment 104.

図6は、圧延処理の途中に冷却処理が必要なスラブAの冷却時間に、冷却処理が不要なスラブB、Cの圧延処理を行う追越圧延の処理の概要を示すガントチャートである。図6に示すように、スラブAが圧延設備103により圧延された後に、待機・追越設備102に搬送され、搬送設備105から持ち上げられた状態で空冷処理される。そして、スラブAよりも後に加熱炉101から抽出されたスラブB、Cが搬送設備105で搬送され圧延される(圧延時間TB、TC)。 FIG. 6 is a Gantt chart showing an outline of the overtaking rolling process in which the rolling processes of the slabs B and C, which do not require the cooling process, are performed during the cooling time of the slab A, which requires the cooling process during the rolling process. As shown in FIG. 6, after the slab A is rolled by the rolling equipment 103, it is transported to the standby / overtaking equipment 102 and air-cooled while being lifted from the transport equipment 105. Then, the slabs B and C extracted from the heating furnace 101 after the slab A are conveyed by the transfer equipment 105 and rolled (rolling time TB, TC).

この追越圧延により、3枚のスラブA~Cの圧延処理にかかる総圧延時間をさらに短縮することができる。例えばスラブAについて空冷による冷却が可能であり、スラブBが制御冷却を行う必要があるものであれば、スラブAを空冷している間にスラブBの圧延した後にさらに制御冷却を行った方が、2つのスラブA、Bに対する処理時間は短くなる。つまり、圧延ライン100において、1つの圧延機と2つの冷却設備のすべてが稼働する処理がなされれば、最も効率よく圧延処理が行われることになる。 By this overtaking rolling, the total rolling time required for the rolling process of the three slabs A to C can be further shortened. For example, if the slab A can be cooled by air cooling and the slab B needs to perform controlled cooling, it is better to perform further controlled cooling after rolling the slab B while the slab A is air-cooled. The processing time for the two slabs A and B is shortened. That is, in the rolling line 100, if the processing in which one rolling mill and all the two cooling facilities are operated is performed, the rolling processing will be performed most efficiently.

上述した図2~図6においては、すべてのスラブに対し1回目の圧延処理と、冷却処理と、2回目の圧延処理とが同じ処理条件で行われる場合について例示している。一方で、製品の種類は多岐にわたっており、製品の種類が異なれば各処理施設における処理時間等の処理条件は異なるものになる。つまり、製品の要求性能毎に、圧延設備103での圧延時間は異なるとともに、冷却設備104における冷却時間または冷却速度等も異なる。このような処理条件の異なるスラブが順次投入される場合、取り得る生産計画の候補の数は指数関数的に増加し、その中から最も生産性が最大化される生産計画を抽出することが望まれている。 In FIGS. 2 to 6 described above, a case where the first rolling process, the cooling process, and the second rolling process are performed under the same processing conditions for all the slabs is illustrated. On the other hand, there are a wide variety of product types, and different product types have different processing conditions such as processing time at each processing facility. That is, the rolling time in the rolling equipment 103 is different, and the cooling time or the cooling speed in the cooling equipment 104 is also different depending on the required performance of the product. When slabs with different processing conditions are introduced in sequence, the number of possible production plan candidates increases exponentially, and it is hoped that the production plan that maximizes productivity will be extracted from them. It is rare.

図7は本発明の生産計画システムの好ましい実施形態を示すブロック図であり、図7を参照して生産計画システム1について説明する。図7の生産計画システム1は、生産計画を時空間ネットワークをコスト関数(目的関数)もしくは制約条件として定式化し、コスト関数等をQUBOモデルに変換してアニーリングマシンで解くものであって、モデル化装置10とアニーリングマシン20とを有する。モデル化装置10は、例えばノイマン式計算機であって、コンピュータにおいてプログラムを実行することにより図示するような構成を構築するものである。一方、アニーリングマシン20は、例えば量子アニーリング装置、もしくはFPGA等の専用回路を用いたデジタルアニーリング装置からなっている。 FIG. 7 is a block diagram showing a preferred embodiment of the production planning system of the present invention, and the production planning system 1 will be described with reference to FIG. 7. The production planning system 1 of FIG. 7 formulates a production plan with a spatiotemporal network as a cost function (objective function) or a constraint condition, converts the cost function and the like into a QUABO model, and solves them with an annealing machine. It has a device 10 and an annealing machine 20. The modeling device 10 is, for example, a Neumann computer, which constructs a configuration as shown in the figure by executing a program on a computer. On the other hand, the annealing machine 20 includes, for example, a quantum annealing device or a digital annealing device using a dedicated circuit such as FPGA.

アニーリングマシン20で扱うことができるモデルには、イジングモデル若しくはQUBO(Quadratic unconstrained binary optimization)モデルがある。このうち、QUBOモデルは、上記式(1)のように、0または1の値をとる変数xi、xjと、行列Qで表現される。 Models that can be handled by the annealing machine 20 include an Ising model or a QUADratic unconstrained quadratic optimization (QUAD) model. Of these, the QUABO model is represented by variables xi and xj that take a value of 0 or 1 and a matrix Q as in the above equation (1).

Figure 0007010254000001
Figure 0007010254000001

なお、イジングモデルはスピンとして変数+1と-1をとり、QUBOモデルはスピンの代わりに変数0と1の2値を取るだけで、両モデルは等価で互いに変換可能であり、モデルの違いにより結果が変わることはない。 The Ising model takes variables +1 and -1 as spins, and the QUAO model only takes two values of variables 0 and 1 instead of spins. Both models are equivalent and can be converted to each other. Does not change.

アニーリングマシンを用いて最適解を得る場合には、組み合わせ最適化問題を上記式(1)のQUBOモデルに変換する必要がある。一方、複数の処理施設を有する生産ラインは、各処理施設における処理工程という空間座標を時間方向に拡張した時空間ネットワークとして表すことができる。そこで、モデル化装置10は、複数の対象物(スラブs)毎の処理を時空間ネットワークを利用して定式化し、定式化された複数の対象物(スラブs)毎の組み合わせ最適化問題としてQUBOモデルに変換する。 When obtaining the optimum solution using the annealing machine, it is necessary to convert the combinatorial optimization problem into the QUABO model of the above equation (1). On the other hand, a production line having a plurality of processing facilities can be represented as a spatiotemporal network in which the spatial coordinates of the processing process in each processing facility are expanded in the time direction. Therefore, the modeling device 10 formulates the processing for each of a plurality of objects (slabs) using a space-time network, and QUAO as a combinatorial optimization problem for each of the formulated objects (slabs). Convert to a model.

モデル化装置10は、データ取得手段11と、定式化手段12とを有する。データ取得手段11は、各対象物についての各処理設備での処理時間を処理条件データSDとして取得する。なお、処理条件データSDは、キーボード等から入力されるものでもよいし、図示しない記憶手段から取得したものでもよいし、ネットワークを介して取得されたものでもよい。 The modeling device 10 includes a data acquisition means 11 and a formulation means 12. The data acquisition means 11 acquires the processing time of each object in each processing facility as the processing condition data SD. The processing condition data SD may be input from a keyboard or the like, may be acquired from a storage means (not shown), or may be acquired via a network.

図8は、処理条件データの一例を示す模式図である。図8に示すように、処理条件データSDには、各スラブs1~s4毎にそれぞれ1回目の圧延時間と、2回目の圧延時間と、冷却設備104を用いたときの冷却時間とが設定されている。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of processing condition data. As shown in FIG. 8, in the processing condition data SD, the first rolling time, the second rolling time, and the cooling time when the cooling equipment 104 is used are set for each slab s1 to s4, respectively. ing.

ここで、図1に示す圧延ラインにおいて、冷却処理は、待機・追越設備102でも冷却設備104でも行うことができる。1つの処理に対して代替え可能な複数の処理設備がある場合、図8の処理条件データSDには、代替設備による処理が可能であるかを示す代替条件情報と、代替を行った際の処理能力比とが含まれる。処理能力比は、互いに代替え可能な処理設備のうち、いずれか1つを代表設備としたときの能力を意味する。図8において、冷却設備104を代表設備とした場合の待機・追越設備102における待機冷却処理もしくは追越冷却処理の能力比が入力される。 Here, in the rolling line shown in FIG. 1, the cooling process can be performed by either the standby / overtaking equipment 102 or the cooling equipment 104. When there are a plurality of processing equipments that can be substituted for one processing, the processing condition data SD in FIG. 8 contains alternative condition information indicating whether the processing by the alternative equipment is possible, and the processing when the substitution is performed. Ability ratio and is included. The processing capacity ratio means the capacity when any one of the processing equipments that can be replaced with each other is used as the representative equipment. In FIG. 8, the capacity ratio of the standby cooling process or the overtaking cooling process in the standby / overtaking facility 102 when the cooling facility 104 is used as the representative facility is input.

図7の定式化手段12は、データ取得手段11において取得された処理条件データSDに基づいて、各スラブへ施される処理内容及びその処理時間を時空間ネットワークモデルを介してQUBOモデルもしくはイジングモデルとして定式化するものである。図9は、時空間ネットワークモデルの一例を示す模式図である。時空間ネットワークモデルは、空間座標のネットワークを時間軸方向に拡張したものであり、ノードiと、ノードiを結ぶエッジeとで表現される。 The formulation means 12 of FIG. 7 determines the processing content and the processing time to be applied to each slab based on the processing condition data SD acquired by the data acquisition means 11 via a spatiotemporal network model, a QUAO model or an Ising model. It is formulated as. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a spatiotemporal network model. The spatiotemporal network model is an extension of the network of spatial coordinates in the time axis direction, and is represented by a node i and an edge e connecting the nodes i.

つまり、空間座標のネットワークとは、圧延ラインの各処理設備においてスラブに施される処理施設(処理工程)を意味し、この空間座標のネットワークをどの時刻tまで処理したか時間軸方向に拡張したものである。スラブsの圧延処理は、時空間ネットワーク上において、開始ノードから終了ノードまでエッジeを辿っていくことに相当する。よって、通過したエッジeからスラブsの通過工程と処理時刻(t)とが分かる。 In other words, the spatial coordinate network means the processing facility (processing process) applied to the slab in each processing facility of the rolling line, and the time t to which this spatial coordinate network was processed is expanded in the time axis direction. It is a thing. The rolling process of the slabs corresponds to tracing the edge e from the start node to the end node on the spatiotemporal network. Therefore, the passing process of the slabs and the processing time (t) can be known from the passed edge e.

時空間ネットワークにおいて、開始ノードから終了ノードまで各ノードを辿りエッジを選択する際の制約条件が定式化される。まず、スラブsがエッジeを通過したときに「1」になり、通過しない場合に「0」になる変数をxseとする。ノードiへ入るエッジeの集合をEin(i)、ノードiから出ていくエッジe’の集合をEout(i)、スラブsの集合をS、スラブsのノードiの集合をI(s)、エッジeの集合をPとする。すると、あるスラブsに対し、圧延設備103による1回目の圧延工程と、冷却設備104(もしくは待機・追越設備102)による冷却工程と、2回目の圧延設備103による圧延工程とを順に施す処理は、時空間ネットワーク上では下記の式(2)で表現される。 In a spatiotemporal network, constraints are formulated when tracing each node from the start node to the end node and selecting an edge. First, let xse be a variable that becomes "1" when the slab s passes through the edge e and becomes "0" when it does not pass through. The set of edges e entering the node i is Ein (i), the set of edges e'exiting the node i is Eout (i), the set of slabs is S, and the set of nodes i of the slabs is I (s). , Let P be the set of edges e. Then, the first rolling process by the rolling equipment 103, the cooling process by the cooling equipment 104 (or the standby / overtaking equipment 102), and the second rolling process by the second rolling equipment 103 are sequentially performed on a certain slab s. Is expressed by the following equation (2) on the spatiotemporal network.

Figure 0007010254000002
Figure 0007010254000002

なお、式(2)において、開始ノード集合I(s)S及び終了ノード集合I(s)eに属するノードiは考慮されていない。開始ノード集合I(s)Sに関する制約は下記式(3)で表現され、終了ノード集合I(s)eに関する制約は下記の式(4)で表現される。 In the equation (2), the node i belonging to the start node set I (s) S and the end node set I (s) e is not considered. The constraint on the start node set I (s) S is expressed by the following equation (3), and the constraint on the end node set I (s) e is expressed by the following equation (4).

Figure 0007010254000003
Figure 0007010254000003

Figure 0007010254000004
Figure 0007010254000004

スラブsに施される処理の中には、所定の設備でしか行うことができない代替不可な処理と、他の設備で代替可能な処理とがある。圧延処理は、圧延設備103でしか行うことができない代替え不可な処理である。一方、冷却処理は、冷却設備104の他に待機・追越設備102においても行うことができる代替可能な処理である。 Among the treatments applied to the slabs, there are irreplaceable treatments that can be performed only by a predetermined facility and treatments that can be replaced by other equipment. The rolling process is an irreplaceable process that can only be performed by the rolling equipment 103. On the other hand, the cooling process is an alternative process that can be performed not only in the cooling facility 104 but also in the standby / overtaking facility 102.

他の施設では代替不可の処理について、所定の時間だけ代替不可の設備での処理が施されるように、エッジeを選択する制約条件が定式化される。代替不可の処理pの集合をPとし、代替不可の処理pでの処理時間をTsp、スラブsの処理pに対応するエッジの集合をEspとすると、下記式(5)で表現できる。 For the processing that cannot be replaced in other facilities, the constraint condition for selecting the edge e is formulated so that the processing in the equipment that cannot be replaced is performed for a predetermined time. Assuming that the set of non-substitutable processing p is P, the processing time in the non-substitutable processing p is Tsp, and the set of edges corresponding to the processing p of the slabs is Esp, it can be expressed by the following equation (5).

Figure 0007010254000005
Figure 0007010254000005

一方、複数の施設で代替え可能な処理について、複数の施設での処理時間が処理条件データSDの処理時間を満たすことが制約条件になる。つまり、他の処理で代替可能な処理について、各設備において所定の時間処理されるようにエッジを選択する制約条件が定式化される。あるスラブsについて、代替可能な処理pを集めた集合をg(s)、集合g(s)に対応するエッジの集合をEsg(s)とすると下記式(6)で表現できる。 On the other hand, for processing that can be replaced by a plurality of facilities, the constraint condition is that the processing time at the plurality of facilities satisfies the processing time of the processing condition data SD. That is, for the processing that can be replaced by other processing, the constraint condition for selecting the edge so that the processing is performed for a predetermined time in each facility is formulated. For a certain slab s, if the set of substitutable processing ps is g (s) and the set of edges corresponding to the set g (s) is Esg (s), it can be expressed by the following equation (6).

Figure 0007010254000006
Figure 0007010254000006

式(6)において、スラブsの代替可能な処理のうち、1つ代表を選び(本例では冷却設備104)、その処理単独で実施した場合の処理時間をTsgとし、代表処理に対する他の代替可能な処理の冷却速度の割合を処理能力比Vspとする。冷却設備104によって冷却処理が行われる場合、Vsp=1になる。また、エッジeに対応する処理pを返す関数をfとする。なお、図8において、データ取得手段11が処理能力比Vspを処理条件データSDとして取得する場合について例示しているが、定式化手段12に予め記憶されていてもよい。 In the formula (6), one representative of the alternative treatments for the slabs is selected (cooling equipment 104 in this example), the treatment time when the treatment is performed alone is Tsg, and the other alternative to the representative treatment. The ratio of the cooling rate of possible processing is defined as the processing capacity ratio Vsp. When the cooling process is performed by the cooling equipment 104, Vsp = 1. Further, let f be a function that returns the process p corresponding to the edge e. Although the case where the data acquisition means 11 acquires the processing capacity ratio Vsp as the processing condition data SD is illustrated in FIG. 8, it may be stored in advance in the formulation means 12.

上記式(2)~式(6)は各スラブsにおける制約条件等を定式化したものであるが、異なるスラブs間で関係する設備制約等を考慮する必要がある。すなわち、各処理設備が同時に処理可能なスラブsは1つである。ここで、時間をt、設備mに対応するエッジの集合をEmt、設備mが時間tにおいてどのスラブも処理していない場合に「0」、処理をしている場合に「1」になるダミーの変数としてdmtを設けると、下記式(7)で表現できる。 The above equations (2) to (6) are formulations of constraint conditions and the like in each slab s, but it is necessary to consider equipment constraints and the like related between different slabs. That is, only one slab s can be processed by each processing facility at the same time. Here, the time is t, the set of edges corresponding to the equipment m is Emt, the dummy is "0" when the equipment m is not processing any slab at the time t, and is "1" when the equipment m is processing. If dmt is provided as a variable of, it can be expressed by the following equation (7).

Figure 0007010254000007
Figure 0007010254000007

また、生産性最大化という観点から、計画対象のスラブsの処理終了時間が最短であればよい。そこで、時空間ネットワークモデルでは、終点ノードに入るエッジeに対する重みとして、時間が遅いほど値が大きくなる評価関数Wtを設け、下記式(8)を最小化する問題とする。具体的には、生産開始からの経過時刻をtとして、評価関数は経過時間が長くなるほど大きくなる。ここでスラブsの終点ノードへ入るエッジの集合をEse、エッジeに対応する時間tを返す関数をTf(e)とする。また、ここでは、終点ノードに入るエッジeに着目して定式化しているが、その他のエッジを対象とすることを排除するものではなく、経過時間が評価できればよい。 Further, from the viewpoint of maximizing productivity, the processing end time of the slabs to be planned may be the shortest. Therefore, in the spatio-temporal network model, an evaluation function Wt whose value increases as the time is slower is provided as a weight for the edge e entering the end point node, and the problem is to minimize the following equation (8). Specifically, the elapsed time from the start of production is t, and the evaluation function becomes larger as the elapsed time becomes longer. Here, the set of edges entering the end node of the slab s is Ese, and the function that returns the time t corresponding to the edge e is Tf (e). Further, here, the formulation is made focusing on the edge e that enters the end point node, but it does not exclude the targeting of other edges, and it is sufficient if the elapsed time can be evaluated.

Figure 0007010254000008
Figure 0007010254000008

ここで、評価関数Wtは、例えばWt=ab(a>0、b>1)のような関数である。なお、評価関数Wtは、これに限定されず、時間tに対する評価値がテーブルとして記憶されたものであってもよい。 Here, the evaluation function Wt is a function such as Wt = ab t (a> 0, b> 1). The evaluation function Wt is not limited to this, and the evaluation value with respect to the time t may be stored as a table.

また、上述した式(7)はダミー変数を用いずに下記式(9)の制約式でも表現できる。 Further, the above-mentioned equation (7) can be expressed by the constraint equation of the following equation (9) without using a dummy variable.

Figure 0007010254000009
Figure 0007010254000009

しかしながら、量子アニーリングでは、イジングモデル若しくはQUBOモデルに変換して解く必要があるが、これらのモデルはリソース制約の表現で出てくる不等号の制約の扱いが困難になる。よって、式(7)のように、ダミー制約を用いることで、QUBOモデルへの変換ができるような等号の制約式として定式化することができる。 However, in quantum annealing, it is necessary to convert to an Ising model or a QUA model and solve it, but these models make it difficult to handle the constraint of the inequality sign that appears in the expression of the resource constraint. Therefore, by using a dummy constraint as in Eq. (7), it can be formulated as a constraint expression with an equal sign that can be converted into a QUABO model.

図7の定式化手段12には、上述した式(2)~式(8)が予め記憶されている。そして、定式化手段12は、データ取得手段11において取得された処理条件データSDを式(2)~式(8)に代入することにより、時空間ネットワークモデルを利用した組み合わせ最適化問題として定式化していく。 The above-mentioned equations (2) to (8) are stored in advance in the formulation means 12 of FIG. 7. Then, the formulation means 12 formulates as a combinatorial optimization problem using the spatiotemporal network model by substituting the processing condition data SD acquired by the data acquisition means 11 into the equations (2) to (8). To go.

[QUBOモデルへの変換]
図7の定式化手段12は、上記式(2)~式(8)に示す関数をQUBOモデルへ定式化していく。
[Conversion to QUABO model]
The formulation means 12 of FIG. 7 formulates the functions shown in the above equations (2) to (8) into a QUABO model.

はじめに、式(2)について、制約条件が破られた場合には関数の値が増加するようにモデル変換を行う目的で式(2)の右辺を左辺に移動した関数とする。さらに、負の項が出てこないように2乗すると、下記式(10)とする。 First, regarding equation (2), the right side of equation (2) is moved to the left side for the purpose of model transformation so that the value of the function increases when the constraint condition is violated. Further, when squared so that a negative term does not appear, the following equation (10) is obtained.

Figure 0007010254000010
Figure 0007010254000010

これを展開することで2次式に変換することが可能である。 By expanding this, it is possible to convert it into a quadratic expression.

Figure 0007010254000011
Figure 0007010254000011

式(3)、(4)も同様に、2次式に展開すると、下記式(12)、(13)のように2次式になる。なお、式(12)、(13)において、Xseは0もしくは1の値であってXse=xseであることを利用している。また、定数部分は最小化に影響を与えないため無視している。 Similarly, when the equations (3) and (4) are expanded into quadratic equations, they become quadratic equations as shown in the following equations (12) and (13). In the equations (12) and (13), it is used that Xse is a value of 0 or 1 and Xse = xse 2 . Also, the constant part is ignored because it does not affect the minimization.

Figure 0007010254000012
Figure 0007010254000012

Figure 0007010254000013
Figure 0007010254000013

同様に、式(4)~(7)も展開して2次式で表現すると、下記式(14)~(17)のようになる。 Similarly, when the equations (4) to (7) are expanded and expressed by a quadratic equation, the following equations (14) to (17) are obtained.

Figure 0007010254000014
Figure 0007010254000014

Figure 0007010254000015
Figure 0007010254000015

Figure 0007010254000016
Figure 0007010254000016

Figure 0007010254000017
Figure 0007010254000017

QUBOモデルのHは、上記の式(18)を用いて以下のようになる。 The H of the QUABO model is as follows using the above equation (18).

Figure 0007010254000018
Figure 0007010254000018

なお、式(18)におけるA1~A5は定式化手段12において予め設定されている定数である。また、定式化手段12において、変数xseにおける添え字であるスラブsとエッジeの組み合わせ及びダミー変数dの添え字である設備mと時間tの組み合わせは、式(1)におけるQUBOモデルの変数xijの添え字i、jと対応づけられている。さらに、式(18)のハミルトニアンHにおいて、変数xi及び変数xjの2次の積で括りだしたときに出てくる係数が、上記式(1)におけるQUBOモデルのQijとなる。このように、定式化手段12は、上記式(2)~式(8)に示す関数を式(18)に示すQUBOモデルへ変換する。 It should be noted that A1 to A5 in the equation (18) are constants preset in the formulation means 12. Further, in the formulation means 12, the combination of the slab s and the edge e which are the subscripts in the variable xse and the combination of the equipment m and the time t which are the subscripts of the dummy variable d are the variables xij of the QUABO model in the equation (1). It is associated with the subscripts i and j of. Further, in the Hamiltonian H of the equation (18), the coefficient that appears when the variable xi and the variable xj are bound by the quadratic product is the Qij of the QUABO model in the above equation (1). In this way, the formulation means 12 converts the functions shown in the above equations (2) to (8) into the QUABO model shown in the equation (18).

図7の生産計画システム1のモデル化装置10は、さらに送受信手段13と情報出力手段14とを備える。送受信手段13は、例えばネットワークを介してアニーリングマシン20との間でデータ伝送を行うものである。なお、送受信手段13は、有線もしくは無線を介してアニーリングマシン20とデータ伝送を行うものであればよい。そして、送受信手段13は、定式化手段12において式(18)のように変換されたQUBOモデルをアニーリングマシン20に送信する。 The modeling device 10 of the production planning system 1 of FIG. 7 further includes a transmission / reception means 13 and an information output means 14. The transmission / reception means 13 transmits data to and from the annealing machine 20 via a network, for example. The transmission / reception means 13 may be any as long as it transmits data to the annealing machine 20 via wire or wireless. Then, the transmission / reception means 13 transmits the QUABO model converted as in the equation (18) in the formulation means 12 to the annealing machine 20.

アニーリングマシン20では、ハミルトニアンの時間変化による最適解の探索が行われ、式(18)で示すHを最小化するような変数の値を選択しようとする。さらに、送受信手段13は、変換したQUBOモデルもしくはイジングモデルをアニーリングマシンで解かれたときの解を取得する解取得手段として機能する。情報出力手段14は、例えばディスプレイもしくはプリンタ装置等からなっており、送受信手段13において受信された最適解を出力する。 The annealing machine 20 searches for the optimum solution by changing the Hamiltonian over time, and tries to select the value of the variable that minimizes H represented by the equation (18). Further, the transmission / reception means 13 functions as a solution acquisition means for acquiring a solution when the converted QUABO model or Ising model is solved by the annealing machine. The information output means 14 is composed of, for example, a display or a printer device, and outputs the optimum solution received by the transmission / reception means 13.

図10は本発明の生産計画方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図1から図10を参照して生産計画方法について説明する。まず、データ取得手段11において、対象物であるスラブs毎にそれぞれ処理工程及びその処理時間が取得される(図8参照、ステップST1)。その後、取得した処理条件データSDに基づいて、時空間ネットワークモデルを利用した関数が式(2)~式(8)のように生成される(図9参照、ステップST2)。 FIG. 10 is a flowchart showing a preferred embodiment of the production planning method of the present invention, and the production planning method will be described with reference to FIGS. 1 to 10. First, in the data acquisition means 11, the processing step and the processing time thereof are acquired for each slab s which is an object (see FIG. 8, step ST1). Then, based on the acquired processing condition data SD, a function using the spatiotemporal network model is generated as in equations (2) to (8) (see FIG. 9, step ST2).

そして、定式化手段12において、式(2)~式(8)の関数が、式(10)~式(18)のようなQUBOモデルに変換される(ステップST3)。このQUBOモデルが送受信手段13からアニーリングマシン20に送信され、アニーリングマシン20において最適解が求められる(ステップST4)。その後、送受信手段13において、アニーリングマシン20から最適解が取得され、最適解がモニタ等の情報出力手段14から出力される(ステップST5)。 Then, in the formulation means 12, the functions of equations (2) to (8) are converted into QUAO models such as equations (10) to (18) (step ST3). This QUAO model is transmitted from the transmission / reception means 13 to the annealing machine 20, and the optimum solution is obtained in the annealing machine 20 (step ST4). After that, in the transmission / reception means 13, the optimum solution is acquired from the annealing machine 20, and the optimum solution is output from the information output means 14 such as a monitor (step ST5).

ここで、ステップST2、ステップST3は問題の定式化において一度実施すればよく、問題構造を変えずにケーススタディーをする際には、実施する必要はない。またアニーリングマシンは必ずしも大域的最適解が得られる保証が、現時点ではないが、ここでは、実行可能な準最適解を取得することも解の取得と考え、広い意味での最適解として取り扱う。 Here, steps ST2 and ST3 need only be performed once in the formulation of the problem, and need not be performed when the case study is performed without changing the problem structure. In addition, the annealing machine does not necessarily guarantee that a global optimum solution can be obtained at this time, but here, acquiring a feasible semi-optimal solution is also considered to be a solution acquisition, and is treated as an optimum solution in a broad sense.

上記実施形態によれば、生産ラインにおける生産計画を時空間ネットワークモデルで定式化した組み合わせ最適化問題をQUBOモデルもしくはイジングモデルに変換して最適解を導出することにより、全ての候補を1度の処理で調べることができるため、生産ラインにおける処理条件が異なる対象物が増加しても、高速に最適解を導出することができる。つまり、量子アニーリング技術は、これまでのノイマン式計算機とは異なり、高速に計算が可能である。また、問題の規模が増加しても計算時間は変わらない。 According to the above embodiment, all the candidates are selected once by converting the combinatorial optimization problem in which the production plan in the production line is formulated by the spatiotemporal network model into the QUABO model or the Ising model and deriving the optimum solution. Since it can be investigated by processing, the optimum solution can be derived at high speed even if the number of objects with different processing conditions on the production line increases. In other words, the quantum annealing technology is capable of high-speed calculation unlike the conventional Neumann computer. Also, the calculation time does not change as the scale of the problem increases.

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば上記実施形態において、生産ラインとして圧延ラインを例示し、圧延ラインに限らず種々の生産計画に適用することができる。また、生産ラインの処理工程として、2回の圧延工程と冷却工程との3つの処理工程がある場合について例示しているが、3つ以上の処理工程がある場合についても適用することができる。また、図1において、定式化手段12が、モデル化装置10内に設けられている場合について例示しているが、例えばクラウド等の別の装置上に設けられていても良い。 The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, a rolling line is exemplified as a production line, and it can be applied not only to a rolling line but also to various production plans. Further, as the processing step of the production line, the case where there are three processing steps of two rolling steps and the cooling step is illustrated, but the case where there are three or more processing steps can also be applied. Further, in FIG. 1, the case where the formulation means 12 is provided in the modeling device 10 is illustrated, but it may be provided on another device such as a cloud.

1 生産計画システム
10 モデル化装置
11 データ取得手段
12 定式化手段
13 モデル変換手段
13 送受信手段(解取得手段)
14 情報出力手段
20 アニーリングマシン
100 圧延ライン
101 加熱炉
104 待機・追越設備
103 圧延設備
104 冷却設備
105 搬送設備
A~D、s スラブ(対象物)
SD 処理条件データ
1 Production planning system 10 Modeling device 11 Data acquisition means 12 Formulation means 13 Model transformation means 13 Transmission / reception means (solution acquisition means)
14 Information output means 20 Annealing machine 100 Rolling line 101 Heating furnace 104 Standby / overtaking equipment 103 Rolling equipment 104 Cooling equipment 105 Transfer equipment AD, s slab (object)
SD processing condition data

Claims (4)

複数の処理設備を有する生産ラインにおいて複数の対象物に処理を施す際、前記各処理設備での処理の開始時間及び終了時間を複数の前記対象物毎に示した生産計画を作成する生産計画方法であって、
前記各対象物についての各処理設備での処理時間を処理条件データとして取得するデータ取得工程と、
取得した前記処理条件データに基づいて、前記各対象物へ施される処理内容及びその処理時間を時空間ネットワークモデルを介してQUBOモデルもしくはイジングモデルとして定式化する定式化工程と、
定式化したQUBOモデルもしくはイジングモデルに基づいて導出された解を取得する取得工程と、
を有し、
前記定式化工程において、異なる2以上の前記処理設備で処理の代替えが可能であることを示す制約条件を、2以上の前記処理設備のうち1つの代表設備と他の代替え設備との処理能力比を前記時空間ネットワークモデルのノードへと入るエッジに関する変数の重みとして用いて定式化することを特徴とする生産計画方法。
A production planning method for creating a production plan showing the start time and end time of processing in each of the processing facilities for each of the plurality of objects when processing a plurality of objects in a production line having a plurality of processing facilities. And,
A data acquisition process for acquiring the processing time in each processing facility for each object as processing condition data, and
Based on the acquired processing condition data, a formulation process for formulating the processing content to be applied to each object and the processing time as a QUABO model or Ising model via a spatiotemporal network model, and a formulation process.
The acquisition process to acquire the solution derived based on the formulated QUABO model or Ising model, and
Have,
In the formulation process, the constraint condition indicating that processing can be replaced by two or more different processing facilities is the processing capacity ratio of one representative facility among the two or more processing facilities to the other alternative facility. Is a production planning method, which is characterized by using as a weight of a variable related to an edge entering a node of the spatiotemporal network model .
前記定式化工程において、前記各処理設備において同時に処理される前記対象物は1つ以下であることを示す制約条件を、ダミー変数を設けた等号式として定式化することを特徴とする請求項1に記載の生産計画方法。 The claim is characterized in that, in the formulation step, the constraint condition indicating that the number of the objects to be processed at the same time in each of the processing facilities is one or less is formulated as an equal sign equation provided with a dummy variable. The production planning method according to 1. 前記定式化工程において、前記時空間ネットワークモデルのエッジに関する変数に時間が経過するほど大きくなる重みを乗じた項に基づいて、評価関数を定めることを特徴とする請求項1または2に記載の生産計画方法。 The production according to claim 1 or 2, wherein in the formulation step, an evaluation function is determined based on a term obtained by multiplying a variable related to an edge of the spatiotemporal network model by a weight that increases with time. Planning method. 複数の処理設備を有する生産ラインにおいて複数の対象物に処理を施す際、前記各処理設備での処理の開始時間及び終了時間を複数の前記対象物毎に示した生産計画を作成する生産計画装置であって、
前記各対象物についての各処理設備での処理時間を処理条件データとして取得するデータ取得手段と、
取得した前記処理条件データに基づいて、前記各対象物へ施される処理内容及びその処理時間を時空間ネットワークモデルを介してQUBOモデルもしくはイジングモデルとして定式化する定式化手段と、
定式化したQUBOモデルもしくはイジングモデルをアニーリングマシンで解かれたときの解を取得する解取得手段と、
を有し、
前記定式化手段は、異なる2以上の前記処理設備で処理の代替えが可能であることを示す制約条件を、2以上の前記処理設備のうち1つの代表設備と他の代替え設備との処理能力比を前記時空間ネットワークモデルのノードへと入るエッジに関する変数の重みとして用いて定式化することを特徴とする生産計画システム。
A production planning device that creates a production plan showing the start time and end time of processing in each of the processing equipments for each of the plurality of objects when processing a plurality of objects in a production line having a plurality of processing equipments. And,
A data acquisition means for acquiring the processing time in each processing facility for each object as processing condition data, and
Based on the acquired processing condition data, a formulation means for formulating the processing content to be applied to each object and the processing time as a QUABO model or Ising model via a spatiotemporal network model.
A solution acquisition means for acquiring a solution when a formulated QUABO model or Ising model is solved by an annealing machine,
Have,
The formulation means sets a constraint condition indicating that processing can be replaced by two or more different processing facilities, and the processing capacity ratio of one representative facility among the two or more processing facilities to the other alternative facility. Is a production planning system, which is characterized by using as a weight of a variable related to an edge entering a node of the spatiotemporal network model .
JP2019037424A 2019-03-01 2019-03-01 Production planning method and production planning system Active JP7010254B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019037424A JP7010254B2 (en) 2019-03-01 2019-03-01 Production planning method and production planning system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019037424A JP7010254B2 (en) 2019-03-01 2019-03-01 Production planning method and production planning system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020140615A JP2020140615A (en) 2020-09-03
JP7010254B2 true JP7010254B2 (en) 2022-01-26

Family

ID=72264946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019037424A Active JP7010254B2 (en) 2019-03-01 2019-03-01 Production planning method and production planning system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7010254B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220122006A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-21 Fujitsu Limited Production planning using optimization solver machines
US20230018946A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-19 Fujitsu Limited Multilevel method for production scheduling using optimization solver machines

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008293475A (en) 2007-04-27 2008-12-04 Nippon Steel Corp Steel tapping frame arrangement planning device, method, and program, and computer readable storage medium
JP2012175722A (en) 2011-02-17 2012-09-10 Panasonic Corp Charge-discharge controller
US20160155204A1 (en) 2014-11-27 2016-06-02 Northeastern University Coordinated coil scheduling method of multiple production lines for cold rolling area in steel plant
JP2016151940A (en) 2015-02-18 2016-08-22 トヨタ自動車株式会社 Operation plan creation assistance system for car sharing system
JP2017073106A (en) 2015-10-07 2017-04-13 株式会社東芝 Quantum calculation device and method
JP2018106621A (en) 2016-12-28 2018-07-05 Jfeスチール株式会社 Vessel allocation plan creating method, vessel allocation plan creating apparatus, and method of operating ironworks
JP2018163436A (en) 2017-03-24 2018-10-18 三菱重工業株式会社 Plan evaluation system, plan evaluation method, plan evaluation method and program

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017033378A (en) * 2015-08-04 2017-02-09 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 Assignment of ships plan development support method and assignment of ships plan development support system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008293475A (en) 2007-04-27 2008-12-04 Nippon Steel Corp Steel tapping frame arrangement planning device, method, and program, and computer readable storage medium
JP2012175722A (en) 2011-02-17 2012-09-10 Panasonic Corp Charge-discharge controller
US20160155204A1 (en) 2014-11-27 2016-06-02 Northeastern University Coordinated coil scheduling method of multiple production lines for cold rolling area in steel plant
JP2016151940A (en) 2015-02-18 2016-08-22 トヨタ自動車株式会社 Operation plan creation assistance system for car sharing system
JP2017073106A (en) 2015-10-07 2017-04-13 株式会社東芝 Quantum calculation device and method
JP2018106621A (en) 2016-12-28 2018-07-05 Jfeスチール株式会社 Vessel allocation plan creating method, vessel allocation plan creating apparatus, and method of operating ironworks
JP2018163436A (en) 2017-03-24 2018-10-18 三菱重工業株式会社 Plan evaluation system, plan evaluation method, plan evaluation method and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020140615A (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7010254B2 (en) Production planning method and production planning system
Marichelvam et al. Hybrid monkey search algorithm for flow shop scheduling problem under makespan and total flow time
Low et al. Coordination of production scheduling and delivery problems with heterogeneous fleet
Laha et al. An improved heuristic to minimize total flow time for scheduling in the m-machine no-wait flow shop
CN111768081B (en) Method and system for calculating product manufacturing energy consumption in hybrid manufacturing environment
Balaji et al. Artificial immune system algorithm and simulated annealing algorithm for scheduling batches of parts based on job availability model in a multi-cell flexible manufacturing system
Sun et al. Scheduling a real-world hybrid flow shop with variable processing times using Lagrangian relaxation
JP2011159230A (en) Scheduling support system, scheduling support method, and scheduling support program
JP2007061870A (en) Device and method for preparing rolling schedule, computer program and computer readable storage medium
Zhao et al. Iterated greedy algorithm for solving a new single machine scheduling problem
Aksyonov et al. Rules for construction of simulation models for production processes optimization
Li et al. Optimization of a multi-Constant Work-in-Process semiconductor assembly and test factory based on performance evaluation
Chaudhry et al. No-wait flowshop scheduling using genetic algorithm
CN112435095A (en) Carton workshop order production management device
Lange et al. A permutation-based heuristic method for the blocking job shop scheduling problem
JP2984182B2 (en) Rolling mill logistics scheduling method
JP5010386B2 (en) Production sequence determination device and production sequence determination method
CN113177781A (en) Production assembly cooperative scheduling method and system based on variable neighborhood and genetic operator
Zhou et al. Heuristic simulated annealing approach for diffusion scheduling in a semiconductor Fab
JP2012242888A (en) Object rearrangement planning device, method, and program
JP6904157B2 (en) Operation schedule creation method, equipment and programs
Lian et al. A cooperative simulated annealing algorithm for the optimization of process planning
Yepes-Borrero et al. Flowshop with additional resources during setups: Mathematical models and a GRASP algorithm
Li et al. Simulation-based optimization method for release control of a reentrant manufacturing system
Sannomiya et al. Genetic algorithm approach to a production ordering problem in an assembly process with buffers

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190327

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210706

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210812

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7010254

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150