JPH06162041A - 稼動スケジュール作成装置 - Google Patents

稼動スケジュール作成装置

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JPH06162041A
JPH06162041A JP31857692A JP31857692A JPH06162041A JP H06162041 A JPH06162041 A JP H06162041A JP 31857692 A JP31857692 A JP 31857692A JP 31857692 A JP31857692 A JP 31857692A JP H06162041 A JPH06162041 A JP H06162041A
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幸秀 高井
Takeo Sunami
武夫 角南
Kunio Kamata
邦夫 鎌田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 設備間に相互関係を持つ生産設備にも適用し
うる稼働スケジュール作成装置。 【構成】 この装置A1は,製品処理に関する設備間の
相互関係に基づいて設定された生産設備毎の稼働スケジ
ュールの作成順を記憶する作成順ファイル12を設け,
この作成順ファイル12を参照して稼働スケジュールの
作成順にシミュレーテッド・アニーリング法を用いて最
適化演算を行うSA演算部3により設備Pi の稼働スケ
ジュールYi を作成した後,設備Pi+1 の稼働スケジュ
ールYi+ 1 を作成する前に,稼働スケジュールYi によ
って稼働スケジュールYi+1 に影響を及ぼすデータDi
を演算により抽出し,このデータDi を用いて設備P
i+1の稼働スケジュールYi+1 を作成するように構成さ
れている。上記構成により設備間に相互関係を持つ生産
設備にも適用しうる稼働スケジュール作成装置を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,稼動スケジュール作成
装置に係り,詳しくは複数の製品に同種の処理を行う2
以上の生産設備の稼動スケジュールをシミュレーテッド
・アニーリング法を用いて作成する稼動スケジュール作
成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は本発明の背景となる稼動スケジュ
ール作成方法により作成された稼動スケジュールの一例
を示す図表,図5は従来の稼動スケジュール作成装置の
一例A0における概略構成を示すシステムブロック図で
ある。従来稼動スケジュール作成方法としては,例えば
第31回自動制御連合講演会予稿集(第531ページ〜
第532ページ,1988年)に「シミュレーテッド・
アニーリング法による大規模生産計画の最適化」と題し
て開示された方法がある。この方法は,4個の窯を用い
て6種類の色毎の板ガラスを生産する場合のガラス工場
の稼動スケジュールを作成するものである。このような
ガラス工場では,窯及び板ガラスの品種により生産効率
や生産コストが異なる。従って,どの品種をどの窯でい
かなるタイミングで処理するかを示す稼動スケジュール
を最適に作成することが,生産効率や生産コストを向上
させる上で重要になる。このため,最適化問題の解法と
して有力であるシミュレーテッド・アニーリング法(Sim
ulated Annealing Algorithm, 以下SAと略す)を用い
る。このような稼動スケジュールXaの一例を図4に示
す。稼動スケジュールXaにおいて,所定の処理期間A
はN個の単位期間i(i=1,2,・・・,N)に均等
に分割されている。そして,稼動スケジュールXaは窯
j(j=1,2,3,4)毎に各単位期間iに割当てら
れる変数xijの組合わせによりなっている。変数xij
生産される板ガラスの品種(色)を示す。この方法によ
れば,処理期間A内において予め決められた処理量の各
品種に基づいて全ての変数xijのうち,1組の変数xij
の品種をそれぞれ組み替えて(スケジュール作成過程
4)スケジュール候補を求め(シミュレーション過程
5),このスケジュール候補を評価するための評価関数
を演算する(評価関数演算過程6)。評価関数として
は,例えばこのスケジュールに従って板ガラスを生産し
た場合の生産コスト等が用いられる。このような生産コ
スト等の評価関数を最小にする稼動スケジュールを以下
の通り作成する。即ち,SAにより評価関数の収束演算
を行う際に,ある割合でこの評価関数を大きくさせたり
又は小さくさせたりするパラメータである収束パラメー
タの値において,スケジュール候補を演算する毎に評価
関数を求め,スケジュール候補の変数xijの組合せを変
更して(即ち,変数xijの内1つをランダムに選び,そ
の変数の値を変えて)次のスケジュール候補を作成し,
上記次のスケジュール候補について求めた評価関数と先
に求めた評価関数とを比較し,次のスケジュール候補の
評価関数が前のものと比べて低い場合は勿論のこと,高
い場合であっても一定の条件を満たす場合に,上記次の
スケジュール候補を稼動スケジュール決定のために演算
対象に組み入れる。
【0003】そして,上記収束パラメータについて演算
対象に組み入れられた各スケジュール候補の評価関数が
所定条件に達するまで,変数xijの組み替え,次のスケ
ジュール候補の作成,評価関数の演算といった演算ルー
プが繰り返される(平衡判定過程7)。そして,評価関
数が所定の条件に達したとき,収束パラメータを小さな
値に更新して評価関数の収束条件を厳しくし(パラメー
タ更新過程9),評価関数の値がそれ以上変化しなくな
るまで,収束パラメータの更新及び更新された収束パラ
メータにおける演算ループが繰り返されて最終的な稼動
スケジュールが決定される(終了判定過程8)。従っ
て,この方法によれば,評価関数がある収束パラメータ
における極小解に陥ったままになることがなく,最適な
稼動スケジュールを作成することができる。しかし,こ
の方法では,ある品種を処理するときの処理時間が均等
な単位時間によって規定されているので,この処理時間
に影響する段取り替え時間等の操業上の条件を上記演算
された評価関数に反映させることができないという問題
があった。そこで,本発明者らは上記問題点を解消する
べく稼動スケジュール作成装置A0を開発した(特願平
4−134642)。この装置A0は上記方法で例示し
た窯に限らず複数の製品に同種の処理を行う所謂フロー
ショップ式の生産設備に適用できるものであり,図5に
示す如く,スケジュール作成部4とシミュレーション部
5と評価関数演算部6と平衡判定部7と終了判定部8と
パラメータ更新部9とよりなるSA演算部3と,SA演
算部3の演算条件を初期設定する初期設定部2と,SA
演算部3により最終的に決定された稼動スケジュールを
出力するプリンタ,CRT等からなる出力部10と,段
取り替え時間等の操作上の条件を記憶するファイル11
とから構成されている。この装置A0によれば上記方法
における各過程の内容を,この装置A0において上記各
過程と同一番号を符した各構成要素によりそれぞれ実行
し,この時ファイル11に記憶された操作上の条件をS
A演算部3によみこんで,ここで演算される評価関数に
反映することができた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の稼動スケジ
ュール作成装置A0では,複数の生産設備を独立と考
え,1つの設備の稼働スケジュールは他の設備の稼働ス
ケジュールに影響を及ぼさないとしている。このため,
1つの設備の稼働スケジュールが他の設備の稼働スケジ
ュール(例えば生産量など)に影響を与えるといったよ
うな設備間に相互関係を持つ生産設備に対しては適用で
きなかった。本発明は,このような従来の技術における
課題を解決するために,稼動スケジュール作成装置を改
良し,設備間に相互関係を持つ生産設備に適用しうる稼
動スケジュール作成装置を提供することを目的とするも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は,複数の製品に同種の処理を行う2以上の生
産設備毎の稼動スケジュールをシミュレーテッド・アニ
ーリング法を用いて作成する稼動スケジュール作成装置
において,上記製品処理に関する上記設備間の相互関係
に基づいて設定された上記稼動スケジュールの生産設備
毎の作成順を記憶する記憶手段を設け,上記記憶手段を
参照して上記稼動スケジュールの作成順に,ある設備の
稼動スケジュールを作成した後,他の設備の稼動スケジ
ュールを作成する前に上記ある設備の稼動スケジュール
によって上記他の設備の稼動スケジュールに影響を及ぼ
すデータを演算し,該データを用いて上記他の設備の稼
動スケジュールを作成してなることを特徴とする稼動ス
ケジュール作成装置として構成されている。
【0006】
【作用】本発明によれば,複数の製品に同種の処理を行
う2以上の生産設備毎の稼動スケジュールをシミュレー
テッド・アニーリング法を用いて作成するに際し,上記
製品処理に関する上記設備間の相互関係に基づいて設定
された上記生産設備毎の稼動スケジュールの作成順が記
憶手段に記憶される。上記記憶手段を参照して上記稼動
スケジュールの作成順に,ある設備の稼動スケジュール
を作成した後,他の設備の稼動スケジュールを作成する
前に上記ある設備の稼動スケジュールによって上記他の
設備の稼動スケジュールに影響を及ぼすデータが演算さ
れ,該データを用いて上記他の設備の稼動スケジュール
が作成される。従って,ある設備の稼動スケジュールが
他の設備の稼動スケジュールに影響を及ぼすような設備
間に相互関係を持つ生産設備であってもその全体の稼動
スケジュールを最適化することができる。その結果,設
備間に相互関係を持つ生産設備にも適用しうる稼動スケ
ジュール作成装置を得ることができる。
【0007】
【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係る稼動スケジュール作
成装置A1の概略構成を示すシステムブロック図,図2
は生産プランのブロック表現図,図3は同時生産時を示
す生産プランのブロック表現図である。また前記図5に
示した従来の稼動スケジュール作成装置の一例A0にお
ける概略構成を示すシステムブロック図と共通する要素
には同一符号を使用する。図1に示す如く,本実施例に
係る稼動スケジュール作成装置A1は,スケジュール作
成部4とシミュレーション部5と評価関数演算部6と平
衡判定部7と終了判定部8とパラメータ更新部9とより
なるSA演算部3と,SA演算部3の演算条件を初期設
定する初期設定部2と,SA演算部3により最終的に決
定された稼動スケジュールを出力する出力部10と,段
取り替え時間等の操作上の条件を記憶するファイル11
とを備えている点で従来装置A0と同様である。しか
し,本実施例では製品処理に関する設備間の相互関係に
基づいて設定された生産設備毎の稼動スケジュールの作
成順を記憶する作成順ファイル12(記憶手段に相当)
を設け,作成順ファイル12を参照して上記稼動スケジ
ュールの作成順に設備P i の稼動スケジュールYi を作
成した後,設備Pi+1 の稼動スケジュールYi+1を作成
する前に,稼動スケジュールYi によって稼動スケジュ
ールYi+1 に影響を及ぼすデータDi を演算により抽出
し,このデータDi を用いて設備Pi+1 の稼動スケジュ
ールYi+1 を作成するように構成されている点で従来装
置A0と異なる。また,上記作成順に稼動スケジュール
の作成を行うために,そのコントロールを行うスケジュ
ール作成順制御部1と,上記抽出データDi を一旦記憶
する影響中間ファイル13が設けられている。この装置
A1の符号1〜13で示す各構成要素は図示しない制御
装置内のメモリに予め格納された動作プログラムにより
具現化される手順又はメモリである。この装置A1は上
記したように構成されている。尚,製品処理に関する設
備間の相互関係とは以下の関係をいう。例えば,ある製
品の品種は,2つの設備を同時に使用して生産すること
が可能であり,同時に使用した方がその品種の生産量を
上げることができるものであるとする。但し,この品種
が2つの設備を占領するので,本来片方の装置で生産し
ていた品種は生産できない。また,同時生産に使用され
る設備は,他の設備へ原料も供給しており,同時生産を
行っている時は原料供給ができなくなり供給を受けてい
た設備の生産量が低下することになる。このように設備
間で互いに稼動スケジュールに影響を及ぼすような関係
をいう。
【0008】以下,この装置A1の作動について説明す
る。ここでは,上記相互関係を持つ4つの設備P1,P
2,P3,P4からなる生産プラントにおける各設備の
1ケ月の稼動スケジュールの作成を例にとって説明す
る。まず,準備段階として各設備P1〜P4の稼動スケ
ジュールの作成順を手動で設定し,作成順ファイル12
に記憶する。その設定方法は例えば同時生産可能品種を
生産する設備の内の1つ(P1)の稼動スケジュールY
1を作成し,次に同時生産の影響を受ける設備,即ち稼
動スケジュールY1によって影響される設備(P2)の
稼動スケジュールY2を作成するといったようにして全
設備P1〜P4の作成順を人間の判断により設定する。
無論所定のルールに従って上記スケジュール作成順を自
動的に設定してもよい。上記準備段階終了後,スケジュ
ール作成順制御部1は作成順ファイル12を参照して,
まず設備P1の稼動スケジュールY1の作成を指示す
る。そして,設備P1の稼動スケジュールY1の作成段
階に入る。この段階では,まず初期設定部2により
初期パラメータT0を設定する。初期パラメータT0は
SAによる収束計算を行うためのパラメータTの初期値
であり,最適化したい状態(今回の場合は稼動スケジュ
ールのもととなる下記生産プラン)の変化,即ち遷移を
おこすのに充分な値とする必要がある。ここでは,生産
プランを以下のような方法でコード化(文字列化)す
る。図2に示すように,品種A,Bの2種が設備P1,
P2の生産対象品種である。この内品種Aは設備P1,
P2の同時生産可能品種であり,また品種Bは設備P
1,P3の同時生産可能品種である。設備P1,P2で
の各品種A,Bの1カ月の計画生産量を160t,31
5t,1日あたりの処理量を16t,15tとする。ま
た,生産を最低1日連続して行うものとする。1カ月の
生産計画量を1日あたりの処理量で分割すると, A:160t=10×16t B:315t=21×15t となる。従って,設備P1の1カ月の生産プランは,品
種A,Bそれぞれ10,21個(計31個)のブロック
の配列X11として表現することができる。SA演算部3
のスケジュール作成部4は,この配列X11の近傍SX1
(配列X11とただ1つのブロックの位置だけが異なる配
列の群)の中からランダムに新しい配列である所謂遷移
候補X12を選択し,生成する。このアルゴリズムは例え
ば2個のブロックをランダムに入れ替えるものである。
【0009】このようにして作成された配列X11(又は
遷移候補X12)をシミュレーション部5に入力する。シ
ミュレーション部5はこの入力に基づいて稼動スケジュ
ール候補Y11(又はY12)を作成する。即ち,シミュレ
ーション部5には生産設備のシミュレーションモデルが
予め設定されており,このモデルに配列X11(又は遷移
候補X12)をあてはめて設備P1によりどの品種をいつ
生産するか等を表す稼動スケジュール候補Y11(又はY
12)を作成する。図2に示す例では生産日1〜31日迄
の1ケ月分のスケジュールとしているためブロック数と
生産日数とが一致するが,一致しない場合例えば残りの
ブロックがある場合はそのブロックは翌月に繰り越しと
なる。作成された稼動スケジュール候補Y11(又は
12)の最適性を評価するために評価関数演算部6によ
り以下の評価関数Eを求める。評価関数E=W1×平準
化指数+W2×段取り替え時間 +W3×生産ショート量 …(1) ここで,W1〜W3は各項目に対する重み,平準化指数
は作成した生産プラン(配列)での日毎の累積生産量
と,1ケ月の生産量を平準化した平準基準プランの累積
生産量との差を示すものであり,次の(2)式により求
めることができる(表1に例を示す)。また,生産ショ
ート量は製作日数の関係から決められた期限をすぎて生
産した量である。 平準化指数=Σai|平準計画累積−作成計画累積|/総生産量 …(2) ただし,aiは品種ごとの重みである。 表1 平準化指数計算例 1 2 3 4 5 平準計画(累積) 4( 4) 4( 8) 4(12) 4(16) 3(19) 作成計画(累積) 15(15) 0(15) 0(15) 0(15) 15(30) 差 (11) ( 7) ( 3) (-1) (11) 評価関数Eの各項目に対する重みW1〜W3は,計画作
成時の戦略によって変更することが可能である。例え
ば,生産性を落としても平準化したい場合は,平準化指
数に対する重みW1を大きくする。ここで,上記(1)
式における段取り替え時間はブロックの並び方に対する
段取り時間を定義したファイル11を参照する事により
計算できる。平準化指数と生産ショート量は並べられた
ブロックを影響中間ファイル13を参照してシミュレー
ション部5にてシミュレーションを行うことにより計算
できる。ただし,この段階では影響中間ファイル13
にはデータがはいっていないため生産ショート量はゼロ
とする。
【0010】そして,配列X11と遷移候補X12間での遷
移の前後での評価関数Eの変化Δを計算する。この評価
関数Eの変化Δに基づいて平衡判定部7により遷移候補
12を受け入れるか拒絶するかを判定する。このような
遷移をパラメータTにおける平衡条件が達成されるまで
繰り返す。平衡条件が達成されれば終了判定部8により
終了条件が満足されたと判定されるまで,パラメータ更
新部9によりパラメータTを更新する。このようにして
除々にパラメータTの値を変えて終了条件が満たされた
時,評価関数Eが最小化されて設備P1の最適の稼働ス
ケジュールY1が得られる。図2に示す例では遷移候補
1nの時の稼働スケジュール候補Y1nが稼働スケジュー
ルY1となる。出力部10により稼働スケジュールY1
を出力する。稼働スケジュールY1上でどの日に同時生
産を行ったかを示すデータD12,D13を演算により
抽出し,これらのデータD12,D13を影響中間ファ
イル13にかきこむ。データD12は例えば品種Aを同
時生産するために設備P1,P2が同時稼働する日を示
し,またデータD13は品種Bを同時生産するために設
備P1,P3が同時稼働する日を示す。上記アルゴリズ
ム中の初期パラメータT0の設定方法,各パラメータT
における平衡条件の判定条件,パラメータTの更新方
法,終了条件の判定条件としては例えば Kirkpatrick,
Huang 等の周知のアニーリング・スケジュールが用いら
れる。次に,設備P2の稼働スケジュールY2の作成段
階に入る。図3に示す如くこの段階では,上記段階
と同様にして設備P2の配列X21(又は遷移候補
22)及びこれに対応する稼働スケジュール候補Y
21(又はY22)を作成し,評価関数Eを求める。ただ
し,この段階では影響中間ファイル13に設備P1の
稼働スケジュールY1の作成段階で抽出したデータD
12,D13が入っており,この内,設備P1,P2の
同時稼働日を示すデータD12を用いてシミュレーショ
ン部5によりシミュレーションを行う。即ちこのシミュ
レーションにおいて,設備P2は同時生産の影響を受け
生産量が低下するため配列X21(又は遷移候補X22)を
構成するブロックの1つが処理できない。このため処理
できない分だけ次の日に繰り越しする。また,同時生産
の影響で生産が全くできなくなる場合はブロックごと,
次の日に繰り越す。このシミュレーション結果に基づい
て平準化指数と生産ショート量とを求め,これらをファ
イル11から読み込んだ段取り替え時間と共に前記
(1)式に代入して評価関数Eを求める。この後,上記
段階と同様に繰り返し計算を行い,設備P2の最適の
稼働スケジュールY2を得てこれを出力部10から出力
する。
【0011】次に,設備P3の稼働スケジュールY3の
作成段階に入る。この段階では,上記段階と同様
にして稼働スケジュールY3を求めることができる。た
だし,この段階では影響中間ファイル13のデータD
12D13の内,設備P1,P3の同時稼働日を示すデ
ータD13を用いる。ここで,品種B,Cを設備P3の
生産対象品種とし(この内品種Bは前述の如く設備P
1,P3の同時生産品種である),品種Cを設備P3,
P4の同時生産品種であるとする。この場合,稼働スケ
ジュールY3を出力部10から出力した後,この稼働ス
ケジュールY3上でどの日に同時生産を行ったかを示す
データD34を演算により抽出し,このデータD34を
影響中間ファイル13に書き込む。そして,設備P4の
稼働スケジュールY4の作成段階に入る。この段階
では,上記段階と同様にして稼働スケジュールY4を
求めることができる。ただし,この段階では影響中間
ファイル13のデータD34を用いる。以上のようにし
て相互関係をもつ全設備P1〜P4の最適な稼働スケジ
ュールを得ることができる。即ち,この装置A1によれ
ば,ある設備の稼働スケジュールが他の設備の稼働スケ
ジュールに影響を及ぼすような設備間に相互関係を持つ
生産設備であってもその全体の稼働スケジュールを最適
化することができる。尚,上記実施例では相互関係を持
つ設備が4つある生産プラントを例にとって説明した
が,実使用に際してはこの装置A1は相互関係を持つ設
備が4つの場合に限らず2以上ある生産プラントに適用
可能であり,また設備数が多ければ多い程スケジュール
作成時間等SAによる最適化の効果が顕著なものとな
る。
【0012】
【発明の効果】本発明に係る稼働スケジュール作成装置
は上記したように構成されているため,ある設備の稼働
スケジュールが他の設備の稼働スケジュールに影響を及
ぼすような設備間に相互関係を持つ生産設備であっても
その全体の稼働スケジュールを最適化することができ
る。その結果,設備間に相互関係を持つ生産設備に適用
しうる稼働スケジュール作成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る稼動スケジュール作
成装置A1の概略構成を示すシステムブロック図。
【図2】 生産プランのブロック表現図。
【図3】 同時生産時を示す生産プランのブロック表現
図。
【図4】 本発明の背景となる従来の稼働スケジュール
作成方法により作成された稼働スケジュールの一例を示
す図表。
【図5】 従来の稼働スケジュール作成装置の一例A0
における概略構成を示すシステムブロック図。
【符号の説明】
A1…稼働スケジュール作成装置 1…スケジュール作成順制御部 2…初期設定部 3…SA演算部 4…スケジュール作成部 5…シミュレーショ
ン部 6…評価関数演算部 7…平衡判定部 8…終了判定部 9…パラメータ更新
部 10…出力部 11…ファイル 12…作成順ファイル (記憶手段に相当) 13…影響中間ファイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角南 武夫 山口県下関市長府港町14番地1号 株式会 社神戸製鋼所長府製造所内 (72)発明者 鎌田 邦夫 山口県下関市長府港町14番地1号 株式会 社神戸製鋼所長府製造所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の製品に同種の処理を行う2以上の
    生産設備毎の稼動スケジュールをシミュレーテッド・ア
    ニーリング法を用いて作成する稼動スケジュール作成装
    置において,上記製品処理に関する上記設備間の相互関
    係に基づいて設定された上記稼動スケジュールの生産設
    備毎の作成順を記憶する記憶手段を設け,上記記憶手段
    を参照して上記稼動スケジュールの作成順に,ある設備
    の稼動スケジュールを作成した後,他の設備の稼動スケ
    ジュールを作成する前に上記ある設備の稼動スケジュー
    ルによって上記他の設備の稼動スケジュールに影響を及
    ぼすデータを演算し,該データを用いて上記他の設備の
    稼動スケジュールを作成してなることを特徴とする稼動
    スケジュール作成装置。
JP31857692A 1992-11-27 1992-11-27 稼動スケジュール作成装置 Expired - Lifetime JP3386160B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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