JPH06266441A - 複数の銘柄の原料配合プロセスにおける原料配合設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、複数の銘柄の原料から選択した複
数の原料を配合して所望の成分値の混合原料として供給
する原料配合プロセスにおける配合設計方法を提供す
る。 【構成】 使用する複数の銘柄の使用率（量）を増減す
る一対の組み合わせとして、その使用率の所定量を一方
で増量し、他方で減量した際に、各銘柄の原料構成成
分、即ち、複数の成分値が増減変動する傾向及びその程
度をベクトルで判定して優先演算成分を選択し、目標と
する成分値に到達もしくは近接させるための使用率の増
減量を複数回の演算で求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の銘柄の原料から
選択した複数の原料を配合して所望の成分値の混合原料
として供給する原料配合プロセスにおける配合設計方法
に関するものである。本発明の原料配合設計法は個体、
気体等の状態に関係なく複数の銘柄の原料を用いる原料
配合プロセスに適用できる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、製鉄業におけるコークスの製造
とか焼結鉱の製造あるいはセメント、セラミック等の製
造に際しては、複数の銘柄の原料を配合して目標成分値
を指標に、必要な成品品質を造り込むように配合設計し
ている。通常、原料は船によって大量に受け入れ、一
方、大量に消費されており、その中で、使用する原料の
銘柄の種類は非常に多い。例えば、焼結鉱の配合用原料
の銘柄としては１００種類を超えるほどであり、しばし
ば使用原料の銘柄変更が発生しており、例えば、１〜２
日単位とか１週間単位等のレベルで新たな配合設計を必
要としている。

【０００３】上記複数の銘柄の原料を使用する原料配合
プロセスにおいて、通常は、熟練者が予め準備してある
成分テーブル等を参照して、簡易的計算により各銘柄の
使用率を決めていた。具体的には、銘柄の変更毎に、過
去の銘柄使用実績を基にして、その銘柄の成分値の中か
ら、影響度の高いと判断した二つの成分値について目標
成分値との差が小さくなる使用率を計算して配合設計し
ていた。この場合、より多くの成分について計算対象と
すればその精度が高まるものであるが、各銘柄毎に成分
が関連しているので極めて複雑な計算を要求されるた
め、二つの成分についての計算しかできないこと、及び
影響度の高いと判断する二つの成分の選択が熟練度によ
って異なる場合があること等から、製造される成品の品
質が許容値ぎりぎりということも発生し、最適成品品質
の造り込みが充分でなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記成分テーブルを参
照した簡易的計算であると、選択した銘柄の利用率の計
算は短時間に実行できるが、極めて限定された２成分し
か考慮していないこと、その２成分によってもたらされ
る影響度とほぼ同程度の影響度を有する成分が存在する
ため、配合設計はされるが、それはさいてきとはいえな
い。また、人による配合計算であると計算ミスも避けら
れない。

【０００５】上記したような人の簡易的計算による精度
を高めるためには、品質に影響する各成分の全てを取り
込み各銘柄の原料使用率を演算すれば良いものである
が、例えば、コンピュータを用いて最適化する方法とし
て、線形計画法の解法であるシンプレックス法とかカー
マーカー法が知られているが、ロジックが複雑であるた
め演算時間がかかるとか規模の大きな計算機を必要とす
る等の問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の銘柄の
原料から選択した複数の原料の使用率を設定して原料配
合設計を行うに際して、上記複数の銘柄の原料から使用
原料を選択して入力変数とすると共に過去の経験値に基
づいた仮の使用率を設定し、該入力変数を細分化して該
細分化変数の全ての組み合わせを編成し、該各編成単位
の各成分値を演算し、上下限制約値を設けた目標成分値
を設定し、上記各編成単位の各成分値と上下限制約値を
設けた目標成分値とを比較演算してベクトル方向の一致
する編成単位を探索し、優先順位の高い成分に一致数の
多いベクトルの編成単位を一つ選択し、該選択した編成
単位で優先順位の高い成分値が目標に近く、しかも他の
成分に新たな上下限成分値の逸脱のない使用率を演算
し、該演算値を計算開始点として上記入力変数の細分化
ステップから繰り返し演算することを特徴とする複数の
銘柄の原料配合プロセスにおける原料配合設計方法であ
る。

【０００７】又、本発明は、上記優先順位の高い成分に
一致数の多いベクトルの編成単位の選択に際し、絶対条
件と充分条件で評価する探索評価関数を適用することを
特徴とする請求項１記載の複数の銘柄の原料配合プロセ
スにおける原料配合設計方法である。

【０００８】

【作用】前記本発明は、複数の銘柄の原料から選択した
複数の銘柄の各使用率を、配合原料から得られる成品の
品質に影響すると判断される複数、具体的には３つ以上
の成分値を考慮して演算、決定するので、目標成分値に
ほぼ合致した原料配合設計が達成され、成品品質の造り
込みができる。

【０００９】又本発明は、目標成分値の上下限制約から
逸脱している成分に高い優先順位を付けて目標値到達あ
るいは上下限制約値の逸脱の内使用率の演算を行うので
効率の良い演算が達成できる。

【００１０】

【実施例】以下、図及び表に基づいて本発明の概念、実
施例を具体的に説明する。図１は本発明に係わる複数銘
柄の原料の配合設計最適化のブロック図である。本発明
において、複数の銘柄の原料から選択する原料の銘柄数
は配合原料から得られる成品、例えば、焼結鉱、コーク
ス、セメントとかセラミック等によって異なるが、以下
の説明では銘柄Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを選択したケースにもと
づいて説明する。

【００１１】本発明の第１ステップは、上記したように
演算に使用する原料の銘柄の選択であり、選択された銘
柄については仮の使用率を設定することである。この選
択された銘柄数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つ）は後述する演
算の入力変数となる。銘柄の選択に際しては、原料とし
ては通常使用している全ての銘柄の内、一部の銘柄の原
料が配合変更での使用率増減対象となる。従って、増減
してもいい銘柄かつ目標値到達レベルの要求度が考慮さ
れる。また、各銘柄の仮の使用率は、通常は過去の経験
値を適用すればよい。

【００１２】尚、全て新しい銘柄の原料にもとづいて配
合設計をする場合は、複数の銘柄の原料の需給計画を前
提にして使用対象となる複数の銘柄を任意選択し、任意
に仮の利用率を設定して後述するスッテプ２〜６の演算
を繰り返し実施して特定銘柄配合での各銘柄の使用率を
求めておき、他の異なる銘柄の組み合わせについても同
様の試行をし、所定品質の成品の造り込みに要する原料
銘柄の長期の所要量を把握しておくことが好ましい。

【００１３】第２〜６スッテップは本発明要部を構成し
ている。まず、本発明の基本的な考え方は、使用する複
数の銘柄の使用率（量）を増減する一対の組み合わせと
して、その使用率の所定量を一方で増量し、他方で減量
した際に、各銘柄の原料構成成分、即ち、複数の成分値
が増減変動する傾向及びその程度をベクトルで判定して
優先演算成分を選択し、目標とする成分値に到達もしく
は近接させるための使用率の増減量を複数回の演算で求
めるというものである。以下、その概要を説明する。

【００１４】まず、第２ステップでは、上記入力変数を
細分化した後、増加する２グループを一組として実現可
能な全ての組合せを編成する。この編成単位は１つまた
は複数の入力変数から構成されていて、１つの模擬的変
数として機能する。以下、この模擬的変数を仮想変数と
称する。上記入力変数の細分化は目標近くを通過するベ
クトルの出現確立を増加させる手段である。ステップ３
では、上記各編成単位毎に予め設定されている仮の使用
率に基づいて各成分値を演算する。

【００１５】ステップ４では、本発明で得られる配合原
料から製造される成品の品質の造り込みに影響する各成
分について、目標とする成分値とその範囲を許容条件と
する上下限制約値を設定する。この設定値の設定のタイ
ミングはステップ４以前のステップであっても何ら支障
はない。上記目標成分値に対する上下限制約値の幅は、
各成分の品質に与える影響度によって異なる。例えば、
焼結鉱であると一般的な成分としてはＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂
Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、・・等で構成されており、各成
分はそれぞれの度合いで品質に影響するが、それらの成
分を組み合わせて考慮する成分、例えば、塩基度は品質
への影響度の高い成分として位置づけられる。

【００１６】ステップ５では、計算開始点での各編成単
位毎の各成分値と予め設定した上下限制約を設けた目標
成分値を比較して、各成分値のベクトルの方向の一致す
る編成単位を探索し、優先順位の高い成分に一致数の多
いベクトルの編成単位を一つ選択する。上記各成分値の
ベクトルの方向は目標成分値と大小比較演算すると求め
られる。また、編成単位毎の各成分の優先順位は上記各
成分値と上下限制約値との差分の有無あるいは差分の程
度に基づいて判定できる。上記各成分値のベクトルの方
向と優先順位の判定を同時に行う演算としては、各成分
値と上下限制約値との差分量から判定することもでき
る。

【００１７】上記優先順位の判定に際して、各成分値と
上下限制約値との差分の有無によって判定する方式は両
データの単純比較でマイナスの差分有無として判定でき
る。本発明の第２の発明は、この判定の探索評価関数と
して後述する絶対条件と充分条件を適用している。ま
た、各成分値と上下限制約値との差分の程度によって判
定する方式は該差分の量によって判定するものである
が、各成分に予め成品品質への影響度指数を設定してお
いて、該影響度指数と差分量の積算値で優先順位を判定
することは可能である。上記何れの判定法に係わらず、
同レベルに高い優先順位が二つ以上の成分について判定
された場合は、品質への影響度が高い成分ほどより高い
優殿順位とすることが好ましい。

【００１８】ステップ６では、上記選択した編成単位で
優先順位の高い成分値が目標に近く、しかも他の成分に
新たな上下限制約値の逸脱のない銘柄の使用率を演算す
る。この演算には、例えば、所定の値を与えて前進移動
させた時、目標点を通過したら前値の１／２値だけ後退
移動させ、また、前値の１／２値前進移動させて目標点
に到達させるという１／２接近法とか、微小値移動積算
して目標点に到達させるという一定値接近法等が適用さ
れる。上記ステップ２〜６からなる演算あるいは判定を
複数繰り返すことにより目標成分値に到達もしくは近接
した成分値の各銘柄の原料の各使用率、即ち配合量が求
められる。

【００１９】次に、前記本発明を具体例に基づいて説明
する。上記ステップ２における細分化変数の全ての組合
わせの編成は、４つの変数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを単に増減
する２つに分ける方法。即ち、「ＡＢＣとＤ」、「ＡＢ
ＤとＣ」、「ＡＢとＣＤ」、「ＡＣＤとＢ」、「ＡＣと
ＢＤ」、「ＡＤとＢＣ」、「ＡとＢＣＤ」と仮想変数は
７個ある。また、増減させる変数を２つ選択すると、４
つの変数の全てを含む必要はないので、「ＡとＢＣ」、
「ＡとＢＤ」、「ＡとＣＤ」、「ＢとＡＣ」、「ＢとＡ
Ｄ」、「ＢとＣＤ」、「ＣとＡＢ」、「ＣとＡＤ」、
「ＣとＢＤ」、「ＤとＡＢ」、「ＤとＡＣ」、「ＤとＢ
Ｃ」、「ＡとＢ」、「ＡとＣ」、「ＡとＤ」、「Ｂと
Ｃ」、「ＢとＤ」と仮想変数は１７個有る。従って、得
られる方向ベクトルは２５個のなり、これらのベクトル
から目標値の近くを通過する方向のベクトルを選択する
ことになる。

【００２０】上記仮想変数の増減による目標値到達の考
え方について、図２の（１）と（２）にもとづいて、複
数ある成分の内２つを用い、二次元平面上での銘柄使用
率の増減と成分値の増減の関係を説明する。図２（２）
の銘柄Ａ、Ｂ，Ｃ、及びＤの内Ａ、Ｂ，及びＣの使用率
按分比を保ったままＤの使用率を、仮に＋０．６増し
て、Ａ＋Ｂ＋Ｃの使用率を−０．６減ずると、図２
（１）の二次元座標上で、例えば、組成１の成分値は２
３．９７から２６．１１に、組成４の成分値は１１．９
から１４．２３に増加することが判る。

【００２１】上記入力変数の細分化の狙いは、各入力変
数で表現できるベクトルについて、予め設定した目標の
近くを通過するベクトルの出現確定率を増加させる手段
である。例えば、図３に示すように、方向ベクトルｓ７
とｓ８の間に目標値が存在する場合、図４（２）に示す
ように、ｓ７とｓ８の間に目標の方向により近いベクト
ルｓ２０を作りだすことが望ましい。このようにより多
くのベクトル数を準備する事で目標値の近くを通過する
ベクトルの出現確率を増加させる場合は、各入力変数「
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ」を均等分割、例えば、二分割して「Ａ
₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁、Ｂ₂ 、Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｄ₁ 、Ｄ₂ 」と８
個の仮想変数をとることにより達成できる。但し、演算
対象変数が増加するので演算時間が増加する。

【００２２】図４（３）は入力変数の細分化後の１つの
ベクトルについての例示で、８変数の編成で得られたベ
クトルの中から「Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ とＤ₁ 、Ｄ₂ 」を選
んだ場合、即ち「Ａ、Ｂ₁ とＤ」を示している。上記し
たように、入力変数の細分化レベルは、解への到達条件
数と演算時間から選択できるものであり、例えば、細分
化メッシュが粗いと算出時間は早いが目標から離れた解
しか得られず、メッシュが細かいと目標に近い解が得ら
れるが。算出時間が長くなり、計算機の負荷がかかる。
従って、計算機の規模と演算完了までの許容時間、精度
から入力変数の細分化レベルを決定するもので、出力変
数の次元数以上のベクトル本数があれば良いものであ
り、例えば、次元数の倍を目標に細分化することが好ま
しい。

【００２３】さて、入力変数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤから出力
変数（配合組成）を最適値に指向する際に用いる、増減
する入力変数の編成単位で、目標値に近い点を通過する
方向ベクトルに「ＡＢとＣ」及び「ＢＣとＡ」があると
仮定すると、仮想変数の増減を示す方向ベクトルの二次
元平面の位置は図３に示す位置関係となる。即ち、目標
ｓ６に対して、計算開始点ｓ４から接近する方向ベクト
ルはｓ８とｓ７であり、このｓ７は（Ａ＋Ｂ）の使用比
率を一定にしてＤに対する比率（Ａ＋Ｂ）：Ｄを変化さ
せる線分である。また、ｓ８は（Ｂ＋Ｄ）の使用比率を
一定にしてＡに対する比率（Ｂ＋Ｄ）：Ａを変化させる
線分である。従って、例えば、ｓ７の線分上の目標接近
解ｓ５を演算し、この点を計算開始点としてステップ２
〜７を繰り返し演算することにより目標に最接近もしく
は到達することができる。

【００２４】図４（１）は目標成分値に到達するまでの
イメージを示した概要図で、仮想変数「ＡＢとＤ」、
「ＡＤとＢ」に示したように二次元平面上の接近ルート
は、ｓ１１、ｓ１２、ｓ１３、ｓ１４のような動きで、
４回の演算の結果、目標に近接もしくは到達する。

【００２５】上記優先順位の高い組成に一致数の多いベ
クトルの編成単位の一つを選択する操作は、表１に示す
ように、まず、表１の１２の計算開始時の各成分値と表
１の１１の上下限制約値を有する目標成分値との比較演
算によって、ベクトルの方向が判定できる。同様に各成
分値と表１の１１の上下限制約値との比較演算によっ
て、優先順位が判定できる。具体的には絶対条件と充分
条件を関数として適用する。

【００２６】上記優先順位の判定に適用する探索評価関
数は、具体的には絶対条件と充分条件を関数として適用
する。絶対条件とは、目標値を含む上下限制約値に対し
計算開始点の成分値が既に逸脱している成分で、ベクト
ルの方向として目標値の方向を必ず一致させる条件であ
る。複数の成分が上下限制約値を逸脱している場合に
は、その成分が成品品質に与える影響度の大きい成分ほ
ど優先順位を高く設定する。充分条件とは、希望的条件
であって、例えば、多次元成分値が何れも上下限制約内
であり、絶対条件に相当する成分がない場合、ベクトル
方向の不一致であっても許容するという条件である。

【００２７】上記充分条件による方向探索は選択順位を
持ち、計算開始点から目標成分値の方向に修正できる方
向が全て一致している編成単位を探索する、その探索で
当該編成単位が発見できなかったら、品質影響度の高い
優先順位に方向一致数の多い編成単位の順に選択する。
なお、上記編成単位の選択に際して、絶対条件のベクト
ルの方向が不一致である編成単位がある場合には、最適
解が存在しないことを示しており、演算の繰り返しを停
止する。

【００２８】

【表１】 表１で上記選択の動作例を説明すると、表１の１２にお
いて、計算開始時の各成分１〜５の成分値と表１の１１
の目標成分値と上下限制約値を比較すると、成分１、
２、３、５の成分値は上下限制約値内にあり、成分４の
成分値は上下限制約値外にある。従って、最適化を指向
する修正方向は表１の１３のように、成分１〜５の全て
が「上げ」であり、その中で成分４は優先順位の高い、
「絶対上げ」と判定される。

【００２９】表１の１５の銘柄Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄの使用率
が、表１の１５のｓ３０とした計算開始時の入力変数の
編成の一例を表１の１６に示す。この編成の内容を一覧
できる状態に表示したのが表１の１７で、各編成単位に
使用率を１００％換算し、高優先順位の成分に一致数の
多いベクトル編成単位順に上から並べてあり、この表は
前記したベクトルの方向探索評価の一断面を目視してそ
の内容を判断することができる。尚、この表１の１７の
成分値はステップ２〜６を繰り返す演算毎に変動するも
のである。

【００３０】

【発明の効果】上記したように、本発明の原料配合プロ
セスにおける配合設計方法によると、使用する計算機の
能力、原料の銘柄数及びその成分数によって異なるが、
例えば、焼結原料の配合設計の場合、１分当り１０回の
繰り返し演算が可能であり、短時間に極めて複雑な複数
の銘柄の原料配合設計が実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数銘柄の原料の配合設計最適化の演算ブロッ
ク図。

【図２】（１）は仮想変数増減の二次平面上の態様の説
明図、（２）は仮想変数増減のベクトルについての計算
例の説明図。

【図３】仮想変数増減を示す方向ベクトルの二次元平面
の説明図。

【図４】（１）は特定の仮想変数における収束動作の二
次元平面の説明図、（２）は特定の仮想変数における細
分化による方向ベクトルの二次元平面の説明図、（３）
は入力変数の細分化後の１つのベクトルについての計算
例の説明図。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 銘柄 ｓ４ 計算開始座標 ｓ５ 計算完了座標 ｓ６ 目標座標例 ｓ７〜14 方向ベクトル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の銘柄の原料から選択した複数の原
   料の使用率を設定して原料配合設計を行うに際して、上
   記複数の銘柄の原料から使用原料を選択して入力変数と
   すると共に過去の経験値にもとづいた仮の使用率を設定
   し、該入力変数を細分化して該細分化変数の全ての組み
   合わせを編成し、該各編成単位の各成分値を演算し、上
   下限制約値を設けた目標成分値を設定し、上記各編成単
   位の各成分値と上下限制約値を設けた目標成分値とを比
   較演算してベクトル方向の一致する編成単位を探索し、
   優先順位の高い成分に一致数の多いベクトルの編成単位
   を一つ選択し、該選択した編成単位で優先順位の高い成
   分値が目標に近く、しかも他の成分に新たな上下限成分
   値の逸脱のない使用率を演算し、該演算値を計算開始点
   として上記入力変数の細分化ステップから繰り返し演算
   する事を特徴とする複数の銘柄の原料配合プロセスにお
   ける原料配合設計方法。
2. 【請求項２】 上記編成単位毎の組成の成分値と予め設
   定してある上下限制約を設けた目標成分値を比較して優
   先順位を設定する際に、絶対条件と充分条件で評価する
   探索評価関数を適用することを特徴とする請求項１記載
   の複数の銘柄の原料配合プロセスにおける原料配合設計
   方法。。