JP7145355B1 - 情報処理システム、運転計画方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
<1.焼却設備の全体構成>
図1は、第1実施形態の焼却設備1を示す概略構成図である。焼却設備1は、例えば、都市ごみ、産業廃棄物、またはバイオマスなどを被焼却物Gとするストーカ炉である。なお、焼却設備1は、ストーカ炉に限定されるものではなく、別タイプの焼却設備でもよい。以下では説明の便宜上、「被焼却物」を「ごみ」と称する場合がある。焼却設備1は、例えば、貯留部2と、焼却炉3とを備える。
貯留部2は、収集された被焼却物Gを貯留し、貯留した被焼却物Gを焼却炉3に投入する設備である。貯留部2については、詳しく後述する。
焼却炉3は、被焼却物Gを搬送しながら燃焼させる炉である。焼却炉3は、例えば、ホッパ11と、炉本体12とを備える。
次に、貯留部2について説明する。
図2に示すように、貯留部2は、例えば、ごみピット21、プラットホーム22、複数のごみ受入扉23、複数のクレーン30、およびごみ高さ検出装置41(図1参照)を備える。
ごみピット21は、焼却炉3の前段に設けられ、焼却炉3に投入される前の被焼却物Gが貯留される収容部である。ごみピット21は、上方から見た場合、Y方向に沿う長辺、X方向に沿う短辺を有する長方形状である。ごみピット21は、ごみピット21の上部に被焼却物Gを受け入れるための開口を有する(図1参照)。
プラットホーム22は、外部で被焼却物Gを収集した作業車P(以下「パッカー車P」と称する)が到着する搬入部である。プラットホーム22は、ごみピット21の-X方向側の一端に隣接して設けられている。
複数のごみ受入扉23は、ごみピット21とプラットホーム22との間に設けられている。複数のごみ受入扉23は、Y方向に並べて配置されるとともに、互いに独立して開閉可能である。パッカー車Pがプラットホーム22に到着した場合、複数のごみ受入扉23のなかで、到着したパッカー車Pの位置に対応するごみ受入扉23が開かれる。
図1に示すように、クレーン30は、ごみピット21の上方に設けられた天井クレーンである。クレーン30は、ごみピット21に貯留された被焼却物Gの一部を把持し、把持した被焼却物Gを焼却炉3のホッパ11まで運んでホッパ11に投入する。クレーン30は、例えば、移動機構31、ワイヤ32、巻上機33、およびグラップル34を有する。
図1に示すように、ごみ高さ検出装置41は、ごみピット21内に貯留された被焼却物Gの上面の高さを検出する。ごみ高さ検出装置41は、例えば、レーザスキャナであり、ごみピット21に貯留された被焼却物Gの表面にレーザ光を照射して走査し、レーザ光を照射してから被焼却物Gの表面で反射したレーザ光を受光するまでの時間(TOF:Time of fright)を計測し、計測した情報をごみ高さ検出装置41の検出結果として貯留部2の制御装置100に送信する。ごみ高さ検出装置41は、所定の周期(例えば1時間ごと)で被焼却物Gの上面の高さを検出する。
<3.1 ごみピット内のエリア>
図3は、ごみピット21内に設定されるエリアおよび操作を説明するための図である。
まず、ごみピット21内に設定される区画について説明する。本実施形態では、ごみピット21内に、仮想的な複数の区画Rが設定される。複数の区画Rは、例えば、上方から見て格子状に配置される。各区画Rは、正方形に限定されず、長方形状でもよい。また、ごみピット21内の全ての領域において区画Rの大きさが同じである必要はなく、異なる大きさの区画Rが存在してもよい。
次に、ごみピット21におけるクレーン30の操作について説明する。図3中で実線の矢印は、第1クレーン30Aの操作を示す。図3中で破線の矢印は、第2クレーン30Bの操作を示す。クレーン30の操作としては、例えば、「移動」、「撹拌」、および「投入」がある。なお本開示で「クレーン30の操作」とは、クレーン30による作業を意味する。
次に、貯留部2の制御装置100について説明する。
図4は、制御装置100の機能構成を示すブロック図である。制御装置100は、ごみピット21で運転される複数のクレーン30の運転計画の生成および制御を行うための情報処理装置である。制御装置100は、「情報処理システム」の一例である。なお、制御装置100に含まれる機能部の一部または全部は、貯留部2の制御装置100に代えて、焼却設備1の全体を制御する制御装置の一部として設けられてもよい。また、制御装置100に含まれる機能部は、複数の装置に分かれて設けられてもよい。
情報取得部110は、制御装置100に必要な各種情報を取得する。例えば、情報取得部110は、ホッパ11のレベル計11sの検出結果、ごみ受入扉23から送信される受入扉開信号、クレーン30の位置センサ35から送信される位置情報、クレーン30の重量センサ36から送信される重量情報、およびごみ高さ検出装置41の検出結果などを取得する。
次に、運転計画部120について説明する。運転計画部120は、複数のクレーン30に関する運転計画を導出する上位計画部である。運転計画部120は、例えば、状態量取得部121、操作候補選定部122、組合せ生成部123、シミュレータ演算部124、および運転計画導出部125を含む。
状態量取得部121は、情報取得部110により取得される情報に基づき、燃焼設備1に関する1つ以上の状態量を取得する(例えば演算により算出する)。上記1つ以上の状態量は、例えば、(1)ホッパ11内のごみ高さ、(2)受入元エリアA1内のごみ高さ、(3)受入先エリアA2内のごみ高さ、(4)投入エリアA3内のごみ高さ、(5)受入先エリアA2内の撹拌進捗度、(6)投入エリアA3内の撹拌進捗度、(7)外部からごみピット21への被焼却物Gの単位時間当たりの搬入量、および(8)ごみピット21からホッパ11への被焼却物Gの単位時間当たりの投入量を含む。
操作候補選定部122は、焼却設備1における1つ以上の状態量(例えば状態量情報141)に基づき、複数のクレーン30の操作候補として優先度が高い複数の操作候補を選定する。本開示で「優先度が高い」とは、例えば、優先度を高い順に並べた場合に、上位から所定数個の範囲に含まれることを意味する。本開示で「優先度が高い」とは、「優先度が所定条件を満たす」と読み替えられてもよい。操作候補選定部122は、「選定部」の一例である。
組合せ生成部123は、操作候補選定部122により選定された複数の操作候補に関して、複数のクレーン30に対する複数の操作候補の割り当てと、複数の操作候補に関する実行順序とを規定する複数の組合せ(以下では「操作組合せ」と称する)を生成する。本開示で「クレーンに対する操作候補の割り当て」とは、操作候補と当該操作候補を担当するクレーン30との対応関係を決めることを意味する。以下では説明の便宜上、「クレーンに対する操作候補の割り当て」を「操作候補に対するクレーンの割り当て」と称する場合があるが、両者は同じ意味である。また本開示で「複数の操作候補に関する実行順序」とは、複数の操作候補に含まれる2つ以上の操作候補が複数のクレーン30によって同時に実行されることを含み得る。組合せ生成部123は、「生成部」の一例である。
シミュレータ演算部124は、組合せ生成部123により生成された複数の操作組合せの各々について、各クレーン30の移動計画や退避計画などを導出し、上記複数の操作候補の実行完了までの作業時間(または複数の操作候補の実行完了までに生じる待ち時間)を算出する。シミュレータ演算部124は、「算出部」の一例である。
運転計画導出部125は、シミュレータ演算部124により算出された上記作業時間(または上記待ち時間)に基づき複数の操作組合せのなかから所定条件を満たす組合せ(以下「最適操作組合せ」と称する場合がある)を1つ選定する。「所定条件を満たす組合せ」は、例えば、複数の操作組合せのなかで上記作業時間(または上記待ち時間)が最小となることである。なお、「所定条件を満たす組合せ」は、上記作業時間(または上記待ち時間)が最小となることだけに限定されず、上記作業時間(または上記待ち時間)と別の要素に基づいて決定されてもよい。
次に、制御部130について説明する。制御部130は、運転計画部120により導出された運転計画(例えば運転計画情報142)に基づき、複数のクレーン30に各操作を実行させる制御部である。制御部130は、例えば、状態量取得部131、シミュレータ演算部132、および動作制御部133を含む。
状態量取得部131は、情報取得部110により取得される情報に基づき、燃焼設備1に関する1つ以上の状態量を取得する(例えば演算により算出する)。上記1つ以上の状態量は、例えば、状態量取得部121の説明において上述した(1)~(8)の状態量を含む。状態量取得部131は、複数の操作候補に含まれる1つの操作候補に関する制御処理が終了するごとに、情報取得部110により取得される最新情報に基づき、上記1つ以上の状態量(例えば状態量情報141)を更新する。
シミュレータ演算部132は、状態量取得部131により更新された1つ以上の状態量に基づき、複数の操作候補に含まれる1つの操作候補の処理ごとに、複数のクレーン30の干渉発生の可能性の有無などを検証する。シミュレータ演算部132は、複数のクレーン30の干渉発生の可能性がある場合、優先権が低いクレーン30の退避計画を生成するなど、複数のクレーン30の運転計画を修正する。
動作制御部133は、シミュレータ演算部132による検証で複数のクレーン30の干渉発生の可能性がないと判定される場合、運転計画に基づく制御指令を複数のクレーン30の制御盤に送信することで、複数のクレーン30による操作を実行させる。一方で、動作制御部133は、シミュレータ演算部132による検証で複数のクレーン30の干渉発生の可能性があると判定される場合、修正された運転計画に基づく制御指令を複数のクレーン30の制御盤に送信することで、複数のクレーン30による操作を実行させる。
次に、処理の流れについて説明する。
図8は、制御装置100の処理の流れを示すフローチャートである。まず、運転計画部120の処理の流れについて説明する。
図9は、シミュレータ演算部124またはシミュレータ演算部132により実行されるシミュレーション演算の流れを示すフローチャートである。以下では、シミュレータ演算部124により実行される演算について説明するが、シミュレータ演算部132により実行される演算についても同様である。
以上説明した本実施形態では、制御装置100は、操作候補選定部122、組合せ生成部123、シミュレータ演算部124、および運転計画導出部125を有する。操作候補選定部122は、被焼却物Gが堆積される焼却設備1における1つ以上の状態量に基づき、複数のクレーン30の操作候補として優先度が高い複数の操作候補を選定する。組合せ生成部123は、複数のクレーン30に対する複数の操作候補の割り当てと、複数の操作候補に関する実行順序とを規定する複数の操作組合せを生成する。シミュレータ演算部124は、複数の操作組合せの各々について、複数の操作候補の実行完了までの作業時間(または複数の操作候補の実行完了までに生じる待ち時間)を算出する。運転計画導出部125は、作業時間または待ち時間に基づき複数の操作組合せのなかから所定条件を満たす組合せを選定し、複数のクレーン30の運転計画を導出する。
次に、第1実施形態の変形例について説明する。上述したように、複数の操作候補の各々は、被焼却物Gの把持位置と落とし位置とのうち一方である第1位置を含むとともに、把持位置と落とし位置とのうち他方である第2位置は未定または変更可能である。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、複数のクレーン30のそれぞれが担当するエリアが固定される点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、受入先エリアA2と投入エリアA3とを合わせたエリア内で優先度が高い複数の操作候補が選定される点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態では、操作候補選定部122Aが学習済みモデルM1を用いる点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態では、運転計画部120が学習済みモデルM2を用いる点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
各実施形態に記載の情報処理システム、運転計画方法、およびプログラムは、例えば以下のように把握される。
2…貯留部
3…焼却炉
11…ホッパ
11A…第1ホッパ
11B…第2ホッパ
21…ごみピット
30…クレーン
30A…第1クレーン
30B…第2クレーン
100…制御装置(情報処理システム)
110…情報取得部
120…運転計画部
121…状態量取得部
122,122A…操作候補選定部(選定部)
123…組合せ生成部
124…シミュレータ演算部(算出部)
125,125B…運転計画導出部
130…制御部
131…状態量取得部
132…シミュレータ演算部
133…動作制御部
Claims (15)
- 被焼却物が堆積される設備における1つ以上の状態量に基づき、前記設備に含まれる複数のクレーンの操作候補として優先度が高い複数の操作候補を選定する選定部と、
前記複数のクレーンに対する前記複数の操作候補の割り当てと、前記複数の操作候補に関する実行順序とを規定する複数の組合せを生成する組合せ生成部と、
前記複数の組合せの各々について、前記複数の操作候補の実行完了までの作業時間、または前記複数の操作候補の実行完了までに生じる待ち時間を算出する算出部と、
前記作業時間または前記待ち時間に基づき前記複数の組合せのなかから所定条件を満たす組合せを選定し、前記複数のクレーンの運転計画を導出する運転計画導出部と、
を備えた情報処理システム。 - 前記選定部は、前記複数のクレーンの干渉発生の可能性の有無に関わらず、前記優先度に基づいて前記複数の操作候補を選定し、
前記組合せ生成部は、前記複数のクレーンの干渉発生の可能性の有無に関わらず、前記複数のクレーンに対する前記複数の操作候補の割り当て、または前記複数の操作候補に関する実行順序を変えることで前記複数の組合せを生成する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記運転計画に基づき前記複数のクレーンを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記運転計画における前記複数のクレーンの干渉発生の可能性の有無を検証し、前記複数のクレーンの干渉発生の可能性がある場合、前記複数のクレーンのうち少なくとも一方のクレーンの回避操作の目標を設定する、
請求項2に記載の情報処理システム。 - 前記設備に含まれるピットは、前記被焼却物が外部から搬入される受入元エリアと、前記受入元エリアから前記被焼却物が移動されて撹拌される受入先エリアとを含み、
前記1つ以上の状態量は、焼却炉のホッパ内の前記被焼却物の高さ、前記受入元エリア内の前記被焼却物の高さ、および前記受入先エリア内の前記被焼却物の高さを含む、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記1つ以上の状態量は、前記設備に含まれるピットに対する前記被焼却物の単位時間当たりの搬入量と、前記ピットから焼却炉のホッパへの前記被焼却物の単位時間当たりの投入量とのうち少なくとも一方を含む、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記複数の操作候補の各々は、前記被焼却物の把持位置と落とし位置とのうち一方である第1位置を含むとともに、前記把持位置と前記落とし位置とのうち他方である第2位置は未定または変更可能であり、
前記算出部は、前記複数の操作候補に含まれる1つの操作候補に関する演算処理が完了するごとに、当該1つの操作候補の内容に応じて前記1つ以上の状態量を更新し、更新した前記1つ以上の状態量に基づいて前記複数の操作候補に含まれる次の操作候補に関する前記第2位置を決定して前記作業時間または前記待ち時間を算出する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記組合せ生成部は、前記設備に含まれるピット内において前記複数のクレーンがそれぞれ担当するエリアと、前記複数の操作候補に関する実行順序とのうちいずれか一方を固定して前記複数の組合せを生成する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記設備に含まれるピットは、第1エリアと、第2エリアとを含み、
前記複数のクレーンは、第1クレーンと、第2クレーンとを含み、
前記選定部は、前記複数の操作候補として、前記第1エリアに関して優先度が高い2以上の操作候補と、前記第2エリアに関して優先度が高い2以上の操作候補とを選定し、
前記組合せ生成部は、前記第1エリアに関して選定された前記2以上の操作候補を前記第1クレーンに割り当てるとともに、当該2以上の操作候補について前記第1クレーンによる実行順序が入れ替えられた複数の実行パターンを生成し、前記第2エリアに関して選定された前記2以上の操作候補を前記第2クレーンに割り当てるとともに、当該2以上の操作について前記第2クレーンによる実行順序が入れ替えられた複数の実行パターンを生成し、前記第1クレーンに関する前記複数の実行パターンと前記第2クレーンに関する前記複数の実行パターンとを組み合わせることで、前記複数の組合せを生成する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記第1エリアは、焼却炉のホッパに前記被焼却物を投入することを抑制して前記被焼却物を受け入れる受入先エリアであり、前記第2エリアは、前記ホッパに前記被焼却物を投入する投入エリアである、
請求項8に記載の情報処理システム。 - 前記複数のクレーンは、第1クレーンと、第2クレーンとを含み、
前記組合せ生成部は、前記複数の操作候補のうち前記第1クレーンに割り当てる操作候補の数と、前記複数の操作候補のうち前記第2クレーンに割り当てる操作候補の数とを変えることで、前記複数の組合せを生成する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - 前記設備に含まれるピットは、焼却炉のホッパに前記被焼却物を投入することを抑制して前記被焼却物を受け入れる受入先エリアと、前記ホッパに前記被焼却物を投入する投入エリアとを含み、
前記選定部は、前記複数の操作候補として、前記受入先エリアに関する操作候補であるか前記投入エリアに関する優先候補であるかに関わらず、前記受入先エリアと前記投入エリアとを合わせたエリアに関して優先度が高い複数の操作候補を選定する、
請求項10に記載の情報処理システム。 - 前記選定部は、前記1つ以上の状態量と過去の運転計画または手動操作の履歴との対応関係から得られるデータセットに基づき学習が行われ、前記1つ以上の状態量が入力されると前記複数の操作候補を出力するように学習された学習済みモデルを用いて前記複数の操作候補を選定する、
請求項1に記載の情報処理システム。 - コンピュータが、
被焼却物が堆積される設備における1つ以上の状態量に基づき、前記設備に含まれる複数のクレーンの操作候補として優先度が高い複数の操作候補を選定し、
前記複数のクレーンに対する前記複数の操作候補の割り当てと、前記複数の操作候補に関する実行順序とを規定する複数の組合せを生成し、
前記複数の組合せの各々について、前記複数の操作候補の実行完了までの作業時間、または前記複数の操作候補の実行完了までに生じる待ち時間を算出し、
前記作業時間または前記待ち時間に基づき前記複数の組合せのなかから所定条件を満たす組合せを選定し、前記複数のクレーンの運転計画を導出する、
運転計画方法。 - コンピュータに、
被焼却物が堆積される設備における1つ以上の状態量に基づき、前記設備に含まれる複数のクレーンの操作候補として優先度が高い複数の操作候補を選定させ、
前記複数のクレーンに対する前記複数の操作候補の割り当てと、前記複数の操作候補に関する実行順序とを規定する複数の組合せを生成させ、
前記複数の組合せの各々について、前記複数の操作候補の実行完了までの作業時間、または前記複数の操作候補の実行完了までに生じる待ち時間を算出させ、
前記作業時間または前記待ち時間に基づき前記複数の組合せのなかから所定条件を満たす組合せを選定させ、前記複数のクレーンの運転計画を導出させる、
プログラム。 - 被焼却物が堆積される設備における1つ以上の状態量を含む入力データが入力されると、前記設備に含まれる複数のクレーンの操作候補として優先度が高い複数の操作候補と、前記複数のクレーンに対する前記複数の操作候補の割り当てと、前記複数の操作候補に関する実行順序とを示す出力データが出力されるように学習された学習済みモデルを用いて、前記複数のクレーンの運転計画を導出する運転計画部
を備えた情報処理システム。
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