JP7364892B2 - 製造スケジュール決定装置、製造スケジュール決定方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、製造スケジュール決定装置、製造スケジュール決定方法およびプログラムに関する。

鉄鋼の製造工程では、高炉で製造された銑鉄を転炉に輸送し、転炉で鍋（チャージ）単位に成分調整がなされた後、タンディッシュに流し込まれた溶鋼を連続的に冷却および切断し、スラブ、ブルーム、またはビレットなどと呼ばれる鋳造製品を製造する。この時、連続的に冷却、切断を行う工程を連続鋳造工程と呼び、鋳造製品を連続的に製造する単位をキャストと呼び、予め決定された鋳造製品のサイズ、品質および納期などに基づいて鋳造順序（製造スケジュール）を決定する作業をキャスト編成と呼ぶ。

ここで、転炉で鍋（チャージ）単位に溶鋼の成分調整をする際の成分組成の目標値は、鋳造製品ごとに規定される鋼種に従って決定される。鋼種ごとに許容される成分組成範囲は異なり、例えば上位鋼種では許容される成分組成範囲が狭く、下位鋼種では許容される成分組成範囲が広い。また、上位・下位の関係にある鋼種以外にも、成分組成範囲が近しい鋼種もあるため、ある最終製品の注文仕様を満たす鋳造製品について複数の鋼種で製造が可能であることが多い。つまり、鋳造製品には、製造面で最適な「本来の鋼種」以外にも、当該鋳造製品を製造することが可能な複数の鋳造可能鋼種が存在することが多い。この点に関して、キャスト編成を考慮した場合、同じ鋼種の鋳造製品だけでキャストを編成できればよいが、鋳造製品ごとに規定される鋼種は数百種類に及び、全体では千種類を超える場合もあるため、現実的ではない。そこで、「本来の鋼種」以外の鋳造可能鋼種で製造を行う、流用や抱き合わせと呼ばれる手法が知られている。鋳造製品の注文仕様は鋼種そのものを指定するのではなく成分組成範囲を指定するものであるため、「本来の鋼種」以外の鋳造可能鋼種で製造した場合であっても、注文仕様は満たされ製品として問題は生じない。このような上位規格への集約や代替の鋳造可能鋼種でキャストの集約度を高める(ロットサイズを大きくする)ことにより、個々の製品の平均的な製造コストが下げられる可能性がある。特許文献１には、このような手法によって、キャストの集約度を高めてより効率よく製品を製造する技術が記載されている。

特開２０１８－１４０４２０号公報

しかしながら、単純に代替可能な鋼種を同一キャストにまとめるように製造スケジュールを決定した場合、下位規格の鋼種が上位規格の鋼種のキャストに組み込まれる一方でその逆は発生しないため、上位規格の鋼種のキャストばかりが増えてしまう可能性がある。上位規格の鋼種は、例えば許容される成分組成範囲が狭いことによって製造コストが高いため、単純に代替可能な鋼種を同一キャストにまとめるとキャストは集約されるが製造コストが上がってしまう可能性がある。

そこで、本発明は、鋼種間の代替を考慮してキャストを集約しつつ、鋼種の代替による製造コストの上昇を抑制し、より適切な製造スケジュールを決定することが可能な製造スケジュール決定装置、製造スケジュール決定方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明のある観点によれば、鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュール決定装置であって、鋼種を含む鋳造製品の仕様情報、および鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力部、鋳造製品の仕様情報、キャストに関する情報、および工程上の制約条件に基づいて鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定部、および仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって製造スケジュールを修正するスケジュール修正部を備える製造スケジュール決定装置が提供される。

本発明の別の観点によれば、鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュール決定方法であって、鋼種を含む鋳造製品の仕様情報、および鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力ステップ、鋳造製品の仕様情報、キャストに関する情報、および工程上の制約条件に基づいて鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定ステップ、および仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって製造スケジュールを修正するスケジュール修正ステップを含む製造スケジュール決定方法が提供される。

本発明のさらに別の観点によれば、鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュールを決定するためのプログラムであって、鋼種を含む鋳造製品の仕様情報、および鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力部、鋳造製品の仕様情報、キャストに関する情報、および工程上の制約条件に基づいて鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定部、および仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって製造スケジュールを修正するスケジュール修正部としてコンピュータを動作させるためのプログラムが提供される。

上記の構成によれば、製造スケジュールが仮に決定された後のスケジュール修正段階で考慮することによって、鋼種間の代替を考慮してキャストを集約しつつ、鋼種の代替による製造コストの上昇を抑制し、より適切な製造スケジュールを決定することができる。

連続鋳造工程における製造スケジュールを概念的に示す図である。 図１に示された製造スケジュールに従ってストランドにスラブを割り当てた結果を概念的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造スケジュール決定装置の概略的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造スケジュール決定方法の概略的な工程を示すフローチャートである。 図４の例において用いられるスラブ情報ファイルの一例を示す図である。 鋼種間の代替関係について説明するための図である。 鋼種の代替によって発生する可能性がある事態の例を示す図である。 図４の例において用いられる同鋼種キャスト情報ファイルの一例を示す図である。 図４の例においてキャストの形状を決定する処理の例を示すフローチャートである。 図９の例における候補集合抽出処理について概念的に説明するための図である。 図９の例における候補集合抽出処理について概念的に説明するための図である。 図９の例におけるネットワーク生成処理および最適解算出処理について概念的に説明するための図である。 図９の例におけるネットワーク生成処理および最適解算出処理について概念的に説明するための図である。 図４の例における鋼種代替判定の処理の例を示す図である。 製造スケジュールの決定における逐次処理と一括処理の違いについて説明するための図である。 製造スケジュールの決定における逐次処理と一括処理の違いについて説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、連続鋳造工程における製造スケジュールを概念的に示す図である。図１に示された例では、連続鋳造工程において溶鋼から製造される鋳造製品であるスラブ集合１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造スケジュールが決定される。ここで、溶鋼は取鍋と呼ばれる容器に注入され二次精錬工程などを経た後に連続鋳造工程へ搬送される。この取鍋一杯分の溶鋼をチャージと呼ぶ。図示された例において、同鋼種キャスト１１Ａは、同一成分組成のチャージ１０Ａ１、１０Ａ２の２チャージから構成され、同様に、同鋼種キャスト１１Ｂは、１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３の３チャージから、同鋼種キャスト１１Ｃは、１０Ｃ１，１０Ｃ２の２チャージから構成される。

ここで、本実施形態の連続鋳造工程は、各同鋼種キャスト１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの成分組成が相互に異なる異鋼種連々鋳である。つまり、連続鋳造機においてタンディッシュ交換から次のタンディッシュ交換までの間に連続的に鋳造される全キャスト１２に含まれる複数の同鋼種キャスト１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの間では成分組成が異なる。本実施形態では、それぞれ溶鋼の成分組成が同一の同鋼種キャスト１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのそれぞれの中で、スラブ集合１Ａ，１Ｂ，１Ｃの製造スケジュールを決定する。本実施形態において、同鋼種キャスト１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、スラブを連続的に製造する単位を構成する。

図２は、図１に示された製造スケジュールに従ってストランドにスラブを割り当てた結果を概念的に示す図である。連続鋳造装置は、１つのタンディッシュに対して、１または複数のストランドを含む。ストランドは、タンディッシュから溶鋼が流し込まれる鋳型と、鋳型から引き出された鋳片を搬送しながら成型する一連の成型ロールとを含む。図示された例では、連続鋳造装置はストランドＡおよびストランドＢから構成されている。それぞれのチャージ１０は、破線で示すように２つのストランドＡ、Ｂの両方に供給され、それぞれのストランドＡ、Ｂで別々にスラブ１が鋳造される。従って、図示された例では、それぞれのストランドＡ、Ｂで別々に扱われる同鋼種キャスト１１（同鋼種キャスト１１Ａ，１１Ｂ，・・・）ごとにスラブ１を割り当てて製造スケジュールが決定される。

ここで、図２に示された例において、スラブ１の幅および長さはそれぞれ異なる。スラブ１の幅は、それぞれのストランドＡ、Ｂにおいて鋳型の幅を調節することによって変更することができる。なお、設備上の制約や品質面から、同鋼種キャスト１１内では、スラブ１の幅が順次拡大または縮小するようにスラブ１が配列される。一方、スラブ１の長さは、成型ロールによる成型後のスラブを切断する位置を調節することによって変更することができる。なお、本実施形態では、同鋼種キャスト１１内で異なるチャージ１０の継目に位置するスラブを同鋼種継目スラブ１Ｐと呼び、同鋼種キャスト１１同士の継目に位置するスラブを異鋼種継目スラブ１Ｑと呼ぶ。

図３は、本発明の一実施形態に係る製造スケジュール決定装置の概略的な構成を示す図である。製造スケジュール決定装置１００は、例えば、専用のコンピュータシステムにおいて実装されてもよいし、パーソナルコンピュータなどの汎用のコンピュータシステムにおいてアプリケーションソフトウェアとして実装されてもよい。あるいは、製造スケジュール決定装置１００の各構成要素は、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットなどのネットワークを介して接続された複数のコンピュータに分散して実装されてもよい。製造スケジュール決定装置１００は、データ入力部１１０、仮スケジュール決定部１２０、およびスケジュール修正部１３０を含む。これらの各部の機能は、プログラムに従って動作するプロセッサ、およびプロセッサにデータを入出力するためのインターフェースによって実現される。

製造スケジュール決定装置１００が処理に用いるスラブ情報ファイル１０１および同鋼種キャスト情報ファイル１０２は、オペレータによる操作や、定時での自動取り込み指示などによって読み込まれる。製造スケジュール決定装置１００は、これらのファイルに記録された情報に基づいて実行した処理の結果を、キャスト編成結果ファイル１０４に記録する。また、製造スケジュール決定装置１００は、仮スケジュール決定部１２０およびスケジュール修正部１３０で実行する処理において編成条件ファイル１０５を読み込む。これらのファイルは、例えばコンピュータに内蔵されたメモリ、またはコンピュータに接続可能なリムーバブル記録媒体に記録される。また、上記のファイルのうちのいずれか、または全部が、製造スケジュール決定装置１００とは異なる情報処理装置において記憶され、ＬＡＮやインターネットなどの電気通信回線を用いた通信を介して製造スケジュール決定装置１００に読み込まれたり、製造スケジュール決定装置１００によって書き込まれたりしてもよい。

図４は、本発明の一実施形態に係る製造スケジュール決定方法の概略的な工程を示すフローチャートである。図４に示された処理は、例えば、製鋼工場が溶鋼を受け取る前に実行される。図示された例では、まず、データ入力ステップＳ１１０において、データ入力部１１０は、本実施形態における鋳造製品であるスラブの仕様情報（スラブ情報ファイル１０１）、および本実施形態において鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報（同鋼種キャスト情報ファイル１０２）を含むデータを入力する。スラブ情報ファイル１０１は、これから出鋼されるスラブの予定情報を含む。予定情報は、（１）スラブの厚み、幅、長さ、重量の上下限値、鋼種などの製造仕様、および（２）次工程の通過希望日時や通過期限日時、鋳造を急ぐ至急指示情報などの工程情報を含む。同鋼種キャスト情報ファイル１０２は、それぞれの同鋼種キャストごとのチャージに関する情報を含む。この情報は、具体的には、それぞれの同鋼種キャストにおけるチャージ数および重量、製造可能な材質などを含む。

図５は、図４の例において用いられるスラブ情報ファイルの一例を示す図である。なお、図５では説明を簡単にするため一部の項目のみを例示しているが、スラブ情報ファイル１０１は図示された項目に加えて製造仕様および工程情報に関するより多くの項目を含んでもよい。図５に示された例では、１つの行がスラブ１枚を表し、識別のためユニークなスラブＩＤが付与されている。図示された項目のうち、「スラブ幅」および「スラブ長さ」は鋳造予定のスラブの寸法を示し、「スラブ重量」は鋳造予定のスラブの重量を表す。また、「鋼種」は、スラブの成分組成の許容範囲や鋳造方法を規定する情報であり、図示された例ではコードによって表されている。「代替可能鋼種」は、本来の鋼種に規定された成分組成や鋳造方法を満足する別の鋼種を示すコードであり、当該スラブについては本来の鋼種に変えて代替可能鋼種で鋳造することも可能である。

ここで、図６に示すように、例えば成分組成についていえば鋼種ごとの許容範囲が複数の鋼種で重複しており、従ってある鋼種（ここでは鋼種Ａ）を別の鋼種（ここでは鋼種Ａ１）で代替することが可能である。また、成分組成が近しい鋼種Ａと鋼種Ｂとについて、最終製品の仕様、例えば、引張強度をいずれも満たす場合は、鋼種Ａを鋼種Ｂで代替して製造することが可能である。ただし、成分組成の許容範囲が狭い上位規格の鋼種、あるいは、代替可能鋼種は一般に製造コストが高いため、図７に示すようにスラブが代替可能鋼種に集約されてしまうことは好ましくなく、製造コスト的には本来の鋼種で製造する方が望ましい。このような代替可能鋼種を考慮した製造スケジュールの決定については後述する。

再び図５を参照して、スラブ情報ファイルにおいて、工程情報としては、「通過希望日時」、「通過期限日時」および「至急指示情報」が例示されている。「通過希望日時」は、次工程である熱間圧延工程の通過（例えば開始）日時であり、例えば納期や生産計画に基づいて決定される。また、「通過期限日時」は、次工程である熱間圧延工程での処理の最遅日時である。「至急指示情報」は、スラブの納期に関する情報であり、例えば次工程に進めるのを非常に急ぐスラブについては「Ａ」、急ぐものについては「Ｂ」、といったように、鋳造の緊急度に応じたコードが設定される。

図８は、図４の例において用いられる同鋼種キャスト情報ファイルの一例を示す図である。図８でも説明を簡単にするため一部の項目のみを例示しているが、同鋼種キャスト情報ファイル１０２は図示された項目に加えて他の項目を含んでもよい。図８に示された例では、１つの行が１つの同鋼種キャストを表しており、識別のためユニークな同鋼種キャストＩＤが付与されている。図示された項目のうち、「チャージ数」は、それぞれの同鋼種キャストに含まれるチャージ１０の数を示す。「鋼種」は、それぞれの同鋼種キャストにおける鋼種（成分組成）であり、図５に示したスラブ情報ファイル１０１の例における「鋼種」および「代替可能鋼種」と同様のコードである。「重量下限」および「重量上限」については後述する。

再び図４の説明に戻ると、続くステップＳ１２０からステップＳ１４０において、仮スケジュール決定部１２０が、スラブの仕様情報（スラブ情報ファイル１０１）、キャストの仕様情報（同鋼種キャスト情報ファイル１０２）、および連続鋳造工程における工程上の制約条件（編成条件ファイル１０５）に基づいて、連続鋳造工程でのスラブの製造スケジュールを仮に決定する。

まず、キャスト形状仮決定ステップＳ１２０において、仮スケジュール決定部１２０は、以下で説明するようなネットワークにおける最短経路の探索の手法を用いて、製造スケジュール、具体的にはキャストの形状の最適解を算出する。上記で図２を参照して説明したように、連続鋳造装置においては、スラブの幅を変更することが可能であるが、設備上の制約や品質面から、仮スケジュール決定部１２０は、同鋼種キャスト内でスラブの幅が順次拡大または順次縮小するようにスラブを配列する。このようにして同鋼種キャスト内で配列されたスラブの形状を、以下ではキャストの形状ともいう。

図９は、図４の例においてキャストの形状を決定する処理の例を示すフローチャートである。まず、仮スケジュール決定部１２０は、候補集合抽出ステップＳ１２１において、同鋼種キャストで製造することが可能なスラブの情報をスラブ情報ファイル１０１から抽出する。抽出する際は、あらかじめ設定されている同鋼種キャスト枠の鋼種と同一の鋼種を持つスラブを抽出する。ここで抽出されたスラブを、以下では候補スラブと称する。これらの候補スラブの中から、合計が所定の同鋼種キャストの重量に近くなるようにスラブの集合を抽出する（以下では「候補集合抽出処理」と称する）。ここで、同鋼種キャストの重量は、例えば上記で図８を参照して説明した同鋼種キャスト情報ファイル１０２の「重量下限」および「重量上限」によって特定される。スラブの組み合わせは複数あるので、複数のスラブ集合が抽出される。これを候補集合とし、候補集合の抽出をすべての同鋼種キャスト分繰り返す（ステップＳ１２２：Ｎｏ）。

図１０および図１１は、図９の例における候補集合抽出処理について概念的に説明するための図である。図１０には、１つの同鋼種キャストに対応する候補集合を決定する流れが示されている。当該同鋼種キャストで製造することが可能なスラブとして抽出された候補スラブは、スラブＳ１～Ｓ５である。このうち、スラブＳ２，Ｓ４では、圧延後のコイル厚みが後工程である圧延工程における薄物規制の対象になる。薄物規制は、厚みが薄いコイルを製造するためのスラブの熱間圧延ロット内での本数制約である。この例では、薄物規制に従って１つの圧延ロット内で圧延できる本数の上限が１本であるものとする。また、図８に示した例における同鋼種キャストの「重量下限」が５８ｔ、「重量上限」が６２ｔであるものとする。

このような例において、仮スケジュール決定部１２０は、まずスラブ重量の合計が６０ｔ前後になる候補集合を全列挙する。図示されているように、スラブ重量の合計が６０ｔ前後になる候補集合は１０パターンあるが、スラブ重量の合計が５８ｔ～６２ｔの範囲に収まるものは６パターンである（収まらないパターンを「重量ＮＧ」として示す）。この中から、薄物規制に適合しない（スラブＳ２，Ｓ４の両方を含む。「本数ＮＧ」として示す）２パターンを除外すると、４パターンの候補集合が抽出される。

なお、実際は、上記のような候補集合の抽出において候補集合を全列挙すると数が膨大になる（例えば、５０本の候補スラブから１５本のスラブを含む候補集合を全列挙すると、_５０Ｃ_１５≒２．３×１０^１２パターンになる）ため、何らかのルールによって絞り込んで、つまり条件付きで列挙する必要がある。具体的には、例えば、図５の例に示したスラブ情報ファイル１０１において「至急指示情報」に「Ａ」や「Ｂ」が設定されたスラブを多く含む候補集合のみを列挙してもよい。このとき、仮スケジュール決定部１２０は、スラブの納期が短いスラブを優先的に製造スケジュールに割り当てている。図１１では、スラブＳ１の「至急指示情報」に「Ａ」が設定されている場合の候補集合の列挙の例が示されている。この場合、至急材（スラブＳ１）を含まない候補集合を抽出すると後述する評価指標が低くなるため、スラブＳ１を必ず含む候補集合のみを列挙することで、全列挙の場合の１０パターンを６パターンまで絞り込むことができる。

再び図９の説明に戻ると、候補集合抽出ステップＳ１２１およびステップＳ１２２の繰り返しによってすべての同鋼種キャストについて候補集合が抽出されると（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、仮スケジュール決定部１２０は、ネットワーク生成ステップＳ１２３において、それぞれの同鋼種キャストの候補集合から１つのスラブ集合を決定するためのネットワークを生成する（以下では「ネットワーク生成処理」と称する）。次に、仮スケジュール決定部１２０は、最適解算出ステップＳ１２４において、ネットワークにおける最短経路の探索を用いてそれぞれの同鋼種キャストにおける候補集合の最適解（１つのスラブ集合）を算出する（以下では「最適解算出処理」と称する）。

図１２および図１３は、図１０の例におけるネットワーク生成処理および最適解算出処理について概念的に説明するための図である。図１２に例示されたネットワークにおいて、ノードａ１，ａ２，・・・，ａＮ（第１のノード）のそれぞれは、同鋼種キャスト１１Ａ（第１の同鋼種キャスト）について抽出された候補集合、すなわち同鋼種キャスト１１Ａ内で製造スケジュールに割り当てることが可能なスラブの組み合わせを示す。同様に、ノードｂ１，ｂ２，・・・ｂＭ（第２のノード）のそれぞれは、同鋼種キャスト１１Ｂ（第２の同鋼種キャスト）について抽出された候補集合、すなわち同鋼種キャスト１１Ｂ内で製造スケジュールに割り当てることが可能なスラブの組み合わせを示す。ノードｃ１，ｃ２，・・・，ｃＬ（第３のノード）のそれぞれは、同鋼種キャスト１１Ｃ（第３の同鋼種キャスト）について抽出された候補集合、すなわち同鋼種キャスト１１Ｃ内で製造スケジュールに割り当てることが可能なスラブの組み合わせを示す。ネットワークのエッジは、ノードａ１，ａ２，・・・，ａＮのそれぞれとノードｂ１，ｂ２，・・・ｂＭのそれぞれとを接続し、またノードｂ１，ｂ２，・・・ｂＭのそれぞれとノードｃ１，ｃ２，・・・，ｃＬのそれぞれとを接続する。

上記のようなネットワークにおけるノード間の距離ｄ（エッジの長さ）は、例えば図１３に示すように、エッジの両側のノードに対応する候補集合における至急材（上記のように、例えば「至急指示情報」に「Ａ」や「Ｂ」が設定されたスラブ）の比率や、幅差、すなわちエッジの両側のノードに対応する候補集合におけるスラブ幅の最小値同士の差および最大値同士の差、ならびに余剰率、すなわちエッジの両側のノードに対応する候補集合に含まれる余剰重量（同鋼種キャスト内の全チャージの溶鋼重量と、候補集合に含まれるスラブ重量の合計との差分）の比率などの評価指標に基づいて決定される。図示された例においてこれらの評価指標に乗じる重みｗ１～ｗ３は、例えば、至急材の比率が高い場合、幅差が小さい場合、および余剰率が低い場合に、それぞれ距離ｄが小さくなるように設定される。次に、生成したネットワークにおいて最短経路を求める。図１３を参照して説明したように、本実施形態ではノード間の距離ｄ（エッジの長さ）が評価指標に基づいて決定されるため、上記のネットワークにおける最短経路を求めることは、それぞれの同鋼種キャストにおける候補集合の中から最も妥当なものを選ぶことと等価である。

再び図４を参照して、組込ユニット改善ステップＳ１３０では、仮スケジュール決定部１２０が、候補集合抽出処理において全列挙ではなく部分列挙をしたために十分に最適な候補集合を抽出できていない可能性を考慮して製造スケジュールを調整する。具体的には、仮スケジュール決定部１２０は、キャスト形状仮決定ステップＳ１２０で選定された候補集合のスラブと、候補スラブ（図１０の例ではスラブＳ１～Ｓ５）のうち候補集合に組み込まれなかったスラブとを逐次比較し、評価指標が改善する場合に、候補集合のスラブを候補集合に組み込まれなかったスラブと入れ替える。なお、キャスト形状仮決定ステップＳ１２０において既に候補集合のスラブが選定されているため、上記のような調整のための演算量は、候補集合を選定するための演算量に比べて多くない（例えば、５０本の候補スラブから１５本のスラブを含む候補集合を選定した場合、残り３５本のスラブとの入れ替えのために評価指標を比較する回数は１５×３５＝５２５回）。

次の制約違反解消ステップＳ１４０では、仮スケジュール決定部１２０が、連続鋳造工程における工程上の制約条件に基づいて、製造スケジュールをさらに調整する。キャスト形状仮決定ステップＳ１２０では、連続鋳造における制約条件が必ずしもすべて反映されるわけではない。例えば、候補集合抽出処理や最適解算出処理においては、評価指標を元に選択を行っており、図１に示された全キャスト１２の先頭や末尾に配置されるスラブの条件や、図２に示された同鋼種継目スラブ１Ｐおよび異鋼種継目スラブ１Ｑの条件に合致するものが含まれるように制約を課していない。決定されたキャストの形状において連続するスラブの幅のギャップについての制約条件（鋳型の幅を円滑に変更できる範囲か否か）についても、小さくなるような評価指標で選択を行っており、このような条件下では、一般に、制約が満たされている可能性は低い。そこで、制約違反解消ステップＳ１４０では、仮スケジュール決定部１２０が、全キャスト１２の先頭から末尾まで配置されているそれぞれのスラブ、および連続するスラブ同士の間で長さや重量を計算し、上記のような制約条件を満たしているか否かを判定する。制約条件に違反している場合は、組込ユニット改善ステップＳ１３０と同様に、選定された候補集合に組み込まれなかったスラブとの入れ替えを試みる。入れ替え可能なスラブが存在しない場合、適当な余剰スラブをキャストに挿入することで制約条件が満たされるようにする（例えば、連続するスラブの間で幅のギャップが大きすぎる場合、前後のスラブの中間の幅のスラブを挿入する）。

上記のステップＳ１４０までの仮スケジュール決定部１２０の処理によって、スラブの仕様情報およびキャストに関する情報を反映し、さらに連続鋳造工程における工程上の制約条件を満たし、実際に鋳造を実行することが可能な製造スケジュールが仮に決定される。続くステップＳ１５０およびステップＳ１６０では、スケジュール修正部１３０が、仮に決定された製造スケジュールの修正を試みることによって、例えば納期面やコスト面から製造スケジュールをさらに最適化する。なお、上記のように仮に決定された製造スケジュールで実際に鋳造を実行することが可能であることから、スケジュール修正部１３０は例えばステップＳ１５０を省略してステップＳ１６０を実行してもよい。また、スケジュール修正部１３０は、先にステップＳ１６０を実行した後に、余剰スラブを対象としてステップＳ１５０を実行してもよい。

余剰スラブ最小化ステップＳ１５０では、スケジュール修正部１３０が、余剰スラブの重量を最小化する観点から、製造スケジュールの修正を試みる。上記の制約違反解消ステップＳ１４０でキャストに挿入される余剰スラブは、本来、不要なスラブであるため、重量が小さいほうがよい。そこで、余剰スラブの前後のスラブとの接続性などを検証し、制約違反解消ステップＳ１４０で考慮した制約条件に再び抵触しない範囲で余剰スラブの重量を小さくすることを試みる。

一方、鋼種代替判定ステップＳ１６０では、スケジュール修正部１３０が、スラブの鋼種間の代替可能性を考慮して製造スケジュールの修正を試みる。具体的には、図１４に示されるように、スケジュール修正部１３０は、仮に決定された製造スケジュールに含まれるスラブ１Ｘを、より製造優先度が高く、かつスラブ１Ｘの鋼種を代替可能な別の鋼種のスラブ１Ｙに入れ替えることを試みる。なお、鋼種代替判定ステップＳ１６０でも、スラブの入れ替えにあたっては制約違反解消ステップＳ１４０までで考慮された幅差などの工程上の制約条件を満たすことが条件とされる。

製造優先度は、例えばスラブの次工程の通過期限、またはスラブの至急度に基づいて決定されてもよい。本実施形態の場合、次工程の通過期限は、例えば図５の例に示されたスラブ情報ファイル１０１の項目のうち「通過希望日時」および「通過期限日時」によって示される。スケジュール修正部１３０は、例えば通過期限の前後関係に基づいて製造優先度を判定してもよい。また、至急度は、図５の例では「至急指示情報」によって示される。スケジュール修正部１３０は、例えば「至急指示情報」のコードによって示される至急度の大小関係に基づいて製造優先度を判定してもよい。また、スラブ１Ｘの鋼種を代替可能な鋼種は、図５の例では「代替可能鋼種」によって示されている。

なお、制約違反解消ステップＳ１４０でキャストに挿入される余剰スラブは、本来製造する必要のないスラブであるため、例えばスラブ情報ファイル１０１に存在せず、次工程の通過期限や至急度は設定されていない。このような場合において、スケジュール修正部１３０は、スラブの製造優先度が最も低いと判定してもよい。あるいは、スケジュール修正部１３０は、余剰スラブについて優先的に、代替可能な別の鋼種のスラブに入れ替えることを試みてもよい。

ここで、鋼種代替判定ステップＳ１６０において、スケジュール修正部１３０は、代替鋼種を考慮したスラブの入れ替えを、キャスト内で入れ替えられたスラブ（図１４に示されたスラブ１Ｙ）の数または重量が所定の上限値に到達するまで実行してもよい。所定の上限値は、例えばキャスト内で入れ替えられたスラブの数もしくは重量、または入れ替えられたスラブの数もしくは重量のキャスト内の全スラブに対する割合について設定されてもよい。スラブの本来の鋼種は、通常は注文仕様を満たす範囲で最も製造コストが低くなるように決定されているため、製造優先度が高くても制限なく代替鋼種での鋳造を行うと全体として製造コストが上昇する可能性がある。従って、上記のような上限値を設定することは、キャスト集約度を高めたことによる製造コストの低下と、代替鋼種での製造による製造コストの上昇のトレードオフを制御し、全体の製造コストの上昇を抑制するために有用である。なお、上限値に到達しなくても、入れ替え可能なスラブがなくなった場合にはスケジュールの修正は終了する。

また、スケジュール修正部１３０は、スラブ１Ｘをスラブ１Ｙに入れ替えることによるスラブ１Ｙの製造コストの増加量が閾値を下回る場合にのみ入れ替えを実行してもよい。これによって、例えば、代替可能だからといって安易に成分組成の許容範囲が狭く製造コストが高い上位規格の同鋼種キャストで製造するのではなく、代替可能な範疇でなるべく製造コストの増加量が低い中程度の規格のスラブを優先的に代替して鋳造する、という判断を組み込むことができる。スケジュール修正部１３０は、上述した製造優先度をスコア化し、製造優先度のスコアと製造コストの増加量との重み付線形和として算出される総合的なスコアを閾値と比較することによってスラブを入れ替えるか否かを判定したり、総合的なスコアの大小関係によって入れ替えるスラブの優先順位を決定したりしてもよい。

以上のようなステップで連続鋳造工程におけるスラブの製造スケジュールを決定することによって、スラブの仕様情報、キャストの仕様情報とともに、連続鋳造工程における製造スケジュールに関する制約条件、および鋼種間の代替関係が考慮される。従って、連続鋳造工程における要求仕様や制約条件が十分に反映された製造スケジュールを決定することができる。また、鋼種間の代替関係については、実際に鋳造を実行することが可能な製造スケジュールが仮に決定された後のスケジュール修正段階で考慮することによって、鋼種間の代替を考慮してキャストを集約しつつ、鋼種の代替による製造コストの上昇を抑制し、より適切な製造スケジュールを決定することができる。

図１５および図１６は、製造スケジュールの決定における逐次処理と一括処理との違いについて説明するための図である。図１５には、例えば特許第５９２８５２１号に記載されたようにキャスト（上記の実施形態における同鋼種キャスト）ごとにキャスト形状を逐次決定する例が示されている。この場合、まず鋼種Ａのキャスト形状を決定する処理が実行され、例えば２つのストランドにそれぞれスラブを割り当てた場合の幅移行回数に基づいてキャスト形状が選択される。図示された例では、幅移行回数が４回のキャスト形状と幅移行回数が２回のキャスト形状とが候補として抽出され、幅移行回数がより少ない２回のキャスト形状が選択されている。次に、鋼種Ｂのキャスト形状を決定する処理が実行されるが、図示されているように、鋼種Ｂで鋳造されるスラブは幅の狭いものしかないため、鋼種Ａのキャストで幅の広いスラブを集約したストランドＡには幅移行量の制約のために接続することができず、鋼種ＢのキャストではでストランドＡに割り当てられるスラブがないという事態が発生する。

一方、図１６には、上記の本発明の一実施形態のように鋼種Ａに対応するキャストと鋼種Ｂに対応するキャストとを連続して鋳造するためのスケジュールを一括して決定する例が示されている。この場合、鋼種Ａのキャスト形状と、鋼種Ｂのキャスト形状とが同時に決定される。図示された例では、鋼種Ａのキャストにおける幅移行回数が４回、鋼種Ｂのキャストにおける幅移行回数が４回のキャスト形状と、鋼種Ａのキャストにおける幅移行回数が２回、鋼種Ｂのキャストにおける幅移行回数が２回のキャスト形状とが候補として抽出されている。幅移行回数を基準にすれば後者のキャスト形状が選択されるが、後者の場合はストランドＢにおいて幅移行量の制約のために鋼種Ａのキャストと鋼種Ｂのキャストとが接続できないため、選択されるのは幅移行回数が多くても両方のストランドでキャストの接続が成立する前者のキャスト形状である。図１６に示された例では、鋼種Ａのキャスト形状を決定する際に、連続して鋳造される鋼種Ｂのキャスト形状、およびキャスト間の接続可能性についても考慮されるため、図１５の例とは異なり両ストランドにスラブを割り当てた、実際に鋳造を実行することが可能な製造スケジュールを決定することができる。

本発明の一実施形態では、仮スケジュール決定部１２０が図１６の例のように複数の鋼種に対応する複数の同鋼種キャストを連続して鋳造するための製造スケジュールを一括して仮に決定し、その後にスケジュール修正部１３０が鋼種間の代替関係を考慮して製造スケジュールを修正する。ここで、各鋼種に対応するキャストの製造スケジュールを逐次決定する処理において鋼種間の代替関係を考慮しようとすると、例えば図１５および図１６に示された例において鋼種Ｂが鋼種Ａで代替可能である場合に、本来は次の鋼種Ｂのキャストで鋳造することが製造コスト面で妥当なスラブが鋼種Ａのキャストで鋳造されてしまう可能性があり、好ましくない。例えば、次の鋼種Ｂのキャストが存在する場合には鋼種Ｂのスラブを鋼種Ａのキャストにおける代替鋼種での鋳造対象から除外するなどの制約条件を設定することによって上記のような事態を回避することは可能であるが、本実施形態では複数の鋼種に対応する複数のキャストを連続して鋳造するための製造スケジュールを一括して仮に決定することによって、そのような制約条件を設定しなくても上記のような事態を回避することができる。

なお、上記で説明された実施形態では鋳造製品の例としてスラブの製造スケジュールを決定する例について説明したが、例えばブルームやビレットなどの他の鋳造製品についても同様に製造スケジュールを決定することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…スラブ、１０…チャージ、１１…同鋼種キャスト、１２…全キャスト、１００…製造スケジュール決定装置、１０１…スラブ情報ファイル、１０２…同鋼種キャスト情報ファイル、１０４…キャスト編成結果ファイル、１０５…編成条件ファイル、１１０…データ入力部、１２０…仮スケジュール決定部、１３０…スケジュール修正部。

Claims (9)

1. 鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュール決定装置であって、
   鋼種を含む前記鋳造製品の仕様情報、および前記鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力部と、
   前記鋳造製品の仕様情報、および前記キャストに関する情報に基づいて、工程上の制約条件を満たすように前記鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定部と、
   前記仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ前記第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって前記製造スケジュールを修正するスケジュール修正部と
   を備える製造スケジュール決定装置。
2. 前記鋼種は、少なくとも前記鋳造製品の成分組成の許容範囲を規定する情報である、請求項１に記載の製造スケジュール決定装置。
3. 前記スケジュール修正部は、前記キャスト内の前記第２の鋳造製品の数または重量が所定の上限値に到達するまで前記鋳造製品の入れ替えを実行する、請求項１または請求項２に記載の製造スケジュール決定装置。
4. 前記所定の上限値は、前記キャスト内の前記第２の鋳造製品の数もしくは重量、または前記キャスト内の全鋳造製品に対する前記第２の鋳造製品の数もしくは重量の割合について設定される、請求項３に記載の製造スケジュール決定装置。
5. 前記スケジュール修正部は、前記第１の鋳造製品を前記第２の鋳造製品に入れ替えることによる前記第２の鋳造製品の製造コストの増加量が閾値を下回る場合にのみ前記入れ替えを実行する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造スケジュール決定装置。
6. 前記鋳造製品の仕様情報は、前記鋳造製品の次工程の通過期限、または前記鋳造製品の至急度を含み、
   前記製造優先度は、前記通過期限の前後関係、または前記至急度の大小関係に基づいて判定される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の製造スケジュール決定装置。
7. 前記キャストは、第１の鋼種に対応する第１のキャストと、前記第１の鋼種とは異なる第２の鋼種に対応する第２のキャストとを含み、
   前記仮スケジュール決定部は、前記第１のキャストおよび前記第２のキャストを連続して鋳造するための前記製造スケジュールを一括して仮に決定する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の製造スケジュール決定装置。
8. 鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュール決定方法であって、
   鋼種を含む前記鋳造製品の仕様情報、および前記鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力ステップと、
   前記鋳造製品の仕様情報、および前記キャストに関する情報に基づいて、工程上の制約条件を満たすように前記鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定ステップと、
   前記仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ前記第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって前記製造スケジュールを修正するスケジュール修正ステップと
   を含む製造スケジュール決定方法。
9. 鋳造製品を製造する連続鋳造工程における製造スケジュールを決定するためのプログラムであって、
   鋼種を含む前記鋳造製品の仕様情報、および前記鋳造製品を連続的に製造する単位であるキャストに関する情報を含むデータが入力されるデータ入力部と、
   前記鋳造製品の仕様情報、および前記キャストに関する情報に基づいて、工程上の制約条件を満たすように前記鋳造製品の製造スケジュールを仮に決定する仮スケジュール決定部と、
   前記仮に決定された製造スケジュールに含まれる第１の鋳造製品を、より製造優先度が高く、かつ前記第１の鋳造製品の鋼種を代替可能な別の鋼種の第２の鋳造製品に入れ替えることによって前記製造スケジュールを修正するスケジュール修正部と
   としてコンピュータを動作させるためのプログラム。

Images