JPH0934944A - 計画問題解決処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】事例ベースを用いてスケジューリング問題等の
計画問題を解く計画問題解決処理システムに関し，一般
的な計画問題をツールに依存しない形式で表現し，過去
の問題から類似事例を効率よく検索して解法を得る。 【解決手段】計画問題を所定の形式で表現するための問
題モデル化エディタ２を用意し，新しい問題に対して入
力した問題モデルを問題モデル解析部３によって解析し
て，過去に解いた問題の問題モデルと解法とのペアから
なる事例ベース１から，事例検索部４によって類似事例
を検索する。必要であれば，事例修正部５によって，類
似事例の解法に修正を加え，新しい問題モデルと解法と
をペアにして事例ベース１に登録する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，スケジューリング
問題などの計画問題を，計算機を用いて解決する，また
は解決することを支援する計画問題解決処理システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スケジューリング問題などの計画問題
を，計算機によって解決するにあたっては，ユーザの抱
える個々の問題について，問題表現や解法の選択により
効率が著しく異なることがよくある。従来のシステムで
個々の問題を解決する場合，どのような問題表現でどの
ような解法を用いれば効率が上がるかについては，一般
に時間的な制約から試行錯誤によって決定することが難
しいため，ケース・バイ・ケースでユーザ自身の判断に
より，ユーザの抱える問題を，システムの持つ各種ツー
ルの中の１つのツールの問題表現に当てはめて解決する
ことが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって，ユーザの
抱える問題を効率よく解決できるような問題表現や解法
が選択されていないことが多く，効率のよい解法を得る
ことが困難であった。そのため，個々のユーザが抱える
問題に対して，効率のよい解法を選択することが課題と
なっており，そのためには使用する計算機のツールに依
存しない形式で問題を一般的に表現することが必要であ
る。

【０００４】本発明は，一般的な計画問題をツールに依
存しない形式で表現することにより，過去の計画問題の
事例から類似事例を効率よく検索することができる計算
機による計画問題の解決・支援手段を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明は計算機上に図１に示す手段を設ける。図１
は本発明の原理構成図であり，図中，１は計画問題を問
題モデルと解法のペアで格納する事例ベース，２は計画
問題をツールと独立な問題モデルで表すための問題モデ
ル化エディタ，３は問題モデル化エディタ２により入力
した問題モデルを評価項目に従って解析し，事例ベース
１を検索するための索引を与える問題モデル解析部，４
は索引から事例ベース１に登録してある類似事例を検索
する事例検索部，５は検索した類似事例の解法にユーザ
の修正を加えて，問題モデルとペアにして事例ベース１
に登録する事例修正部を表す。

【０００６】請求項１記載の発明では，使用するツール
と独立に計画問題を表現するための問題モデル化エディ
タ２を用意する。過去に解いた問題を問題モデル化エデ
ィタ２を用いてツールに依存しない問題モデルで表し，
その問題の解法と合わせて事例ベース１に事例として蓄
積しておく。そして，新しい問題に対しては，問題モデ
ル化エディタ２から問題モデルを入力し，その入力した
問題モデルを問題モデル解析部３に通知する。

【０００７】問題モデル解析部３では，あらかじめ定め
た評価項目に従って問題モデルを解析し，事例ベース１
を検索するための索引を与える。事例ベース１に格納さ
れている各事例の問題モデルにも，それぞれ索引が与え
られている。事例検索部４は，問題モデル解析部３から
索引が通知されると，与えられた索引から事例ベース１
を検索して類似事例を獲得する。

【０００８】したがって，本発明によれば，使用するツ
ールと独立に問題表現した問題モデルと解法とをペアに
して登録してある事例ベース１の中から，問題モデルを
解析して得た索引をもとに類似事例を検索することによ
り，解決すべき計画問題に対する効率のよい解法を簡単
に獲得することができる。

【０００９】さらに，請求項２記載の発明では，事例修
正部５を備える。事例検索部４による検索の終了が通知
されると，事例修正部５は，検索した類似事例の解法を
ユーザに修正させ，修正した解法を問題モデルとペアに
して新たな事例として事例ベース１に登録する。

【００１０】したがって，豊富な事例を持つ事例ベース
１を容易に構築することが可能になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図２は本発明の処理の流れの概要
図であり，図３は本発明の実施例構成図である。図３中
の１０はディスプレイやキーボード等の入出力装置，１
１はＣＰＵおよびメモリ等からなる計算機，１２は磁気
ディスク装置等の外部記憶装置を表す。以下に説明する
処理〜は，図２および図３中の処理〜に対応し
ている。計画問題を問題モデル化エディタ２より入力し
て，事例ベース１に登録済みの問題モデルの中から類似
事例を選択する例に従って説明する。

【００１２】 問題を問題モデル化エディタ２により
入力 問題モデル化エディタ２は，解決しなければならない計
画問題を，問題に存在する対象とその属性，および属性
間の制約条件として所定の形式で表現させ，それらをテ
キストと図の形で入力するものである。問題モデル化エ
ディタ２により，一般的な計画問題をツールと独立に表
現することができる。

【００１３】図４および図５に，問題モデル化エディタ
２を用いて入力した問題モデルの例を示す。これは，機
械で材料を打ち抜いて部品を製造する工程計画問題であ
る。発注は一部受注品があるが，多くが見込み生産であ
り，スケジューリングの際に考慮する条件がある。問題
モデルでは，問題の構成要素となるクラス＆オブジェク
ト間の関係，各クラス＆オブジェクトの持つ属性の情
報，クラス＆オブジェクト間の制約条件が記述される。

【００１４】図４は，問題に存在する対象とその属性を
記述した部分を示している。この問題に存在する対象
（クラス＆オブジェクト）として，工程計画問題，受注
品，機械，見込品がある。例えば，「Whole-Part」は問
題の構成要素であるクラス＆オブジェクトの全体と部分
の関係を表すものであり，「Whole-Part」における｛工
程計画問題，受注品，ｘ，１｝は，工程計画問題からみ
て受注品はｘ個存在し，受注品からみて工程計画問題は
１個存在することを示す。同様に，｛工程計画問題，機
械，ｙ，１｝，｛工程計画問題，見込品，ｚ，１｝は，
それぞれ工程計画問題からみて機械はｙ個，見込品はｚ
個存在することを示している。

【００１５】「Connection」は，構成要素間の対応関係
を記述し，例えば｛受注品，機械，［０，ｋ］，［０，
ｌ］｝は，受注品に対応する機械が０からｋ存在し，機
械に対応する受注品が０からｌ存在することを示す。同
様に，次行の記述では，機械からみて対応する見込品が
ｎ個存在し，見込品からみて対応する機械がｍ個存在す
ることを示している。

【００１６】対象の属性は「仕様」として記述される。
例えば，「機械」の属性として，「＄識別番号」，「＊
機種」，「＊材料送り速度［３］」，「＊ドリルチャッ
ク」，「＊稼動時間」，「製造製品［３１］」が定義さ
れているが，ここで，「＄識別番号」は機械を識別する
ための番号，「＊機種」は機械の種類，「＊材料送り速
度［３］」は製品の材質ごとの処理速度であって，それ
が３種類あること，「＊ドリルチャック」は機械のドリ
ルチャックの大きさ，「＊稼動時間」は機械の一日の稼
動時間，「製造製品［３１］」は，機械で製造している
製品の識別番号を表している。同様に，「工程計画問
題」，「受注品」，「見込品」についても属性の定義が
記述される。図４で，「＄」付きの属性はユニークな識
別番号（定数），「＊」付きの属性は定数，特殊文字の
付かない属性（製造製品［３１］等）は変数であること
示している。「：」以降は注釈である。

【００１７】図５は，問題モデルにおける制約条件とし
て構成要素間に成立する関係を論理式等により記述した
部分を示している。図５の例では，制約条件として，必
ず成立しなければならない必須の制約(1) 〜(9) のみが
記述されているが，制約条件には，必須の制約以外に，
できるだけ成立することが望ましいユーザの希望する希
望制約がある。

【００１８】例えば，(4) の制約条件は，受注品のすべ
てのオブジェクトｏ１について，ｉが１から３１まで，
受注品が使用している機械（ｏ１．使用機械［ｉ］）の
数が受注品の分割度（同時に生産可能な機械の数の最大
値）以下でなければならないという制約を表している。
ここでｉが１から３１は，１日から３１日までの日付に
対応している。他の制約条件の記述も，容易に類推でき
るように同様な表現による制約に関する条件を表してい
る。ここで，例えば「ＳＵＭ」は総和を，「ｉｆ」は前
提条件を，「−＞ｍｉｎ」は左辺の値を最小にする最適
化の制約を表している。

【００１９】なお，これらの制約条件の記述は一例であ
り，例えば既知の計算機言語を応用したり改良したりし
て，本発明を実施するための制約条件の記述方法を定め
ることは設計的事項である。

【００２０】 問題モデル解析部３における問題モデ
ルの解析 問題モデル化エディタ２からのユーザの計画問題の入力
が終了すると，問題モデル解析部３に通知される。問題
モデル解析部３では，入力された計画問題の問題モデル
に索引を与える。そのため，問題モデル解析部３では，
用意している評価項目に従って問題モデルに登場する制
約条件を検査する。評価項目は，優先して評価したい項
目が先になるように用意し，これらの評価項目を優先順
に評価する。ここでは，問題モデルの索引を，配列名が
“索引”という配列で与えることにする。配列の要素数
は，評価項目の数とする。

【００２１】図６は，問題モデル解析部３における解析
処理例を示す図である。以下の説明における処理(a) 〜
(j) は，図６に示す(a) 〜(j) に対応する。 (a) まず，配列の添字ｉを０に初期化する。この例で
は，配列の要素は０から７までの８個である。

【００２２】(b) 次に，問題モデル化エディタ２で入力
した問題モデルの制約条件を読み込む。 (c) 制約条件中に“−＞ｍａｘ”あるいは“−＞ｍｉ
ｎ”などの最適化を表す記述があれば索引［０］＝１と
し，なければ索引［０］＝０とする。

【００２３】(d) ｉの値を１増やして０＋１→１とし，
制約条件の制約式中に，“＜左辺＞=/= ＜右辺＞”とい
う式があれば索引［１］＝１とする。なければ索引
［１］＝０とする。なお，“=/= ”の記号は左辺の値と
右辺の値が等しくないことを意味している。

【００２４】(e) ｉの値を１増やして１＋１→２とし，
制約条件の制約式中に，“＜左辺＞==＜右辺＞”という
式があれば索引［２］＝１とする。なければ索引［２］
＝０とする。“==”の記号は左辺の値と右辺の値とが等
しいことを意味している。

【００２５】(f) 同様にｉの値を１ずつ増やしながら，
索引［３］には，制約条件の制約式中の属性に変数と定
数が混在する制約条件の割合を与える。例えば，属性と
して変数と定数が混在する制約条件の制約条件全体に対
する割合が４割であれば，索引［３］＝４とする。図５
の制約条件の例では，属性として変数と定数が混在する
制約条件は，(1) 〜(9) の制約条件のうち，図４の属性
定義から明らかなように，(1) ，(4) ，(5) ，(6) ，
(7) ，(8) ，(9) であり，７÷９＝０．７７…で約８割
であるので，索引［３］＝８となる。

【００２６】(g) 索引［４］には，制約条件の制約式中
の属性が変数のみからなる制約条件の割合を与える。図
５の制約条件の例では，(2) と(3) が，属性が変数のみ
からなる制約条件であるので，２÷９＝０．２２…とな
り，制約条件の割合が約２割であるので，索引［４］＝
２となる。

【００２７】(h) 索引［５］には，同一クラス内の複数
のオブジェクトに関わる制約条件の数の，制約条件全部
の数に対する割合を与える。例えば，“for all o1, o2
in見込品…”というような制約条件の記述があったと
すると，クラス「見込品」内の複数のオブジェクトo1,
o2が制約の対象となっているので，この評価項目に該当
する。図５の制約条件の例では，同一クラス内の複数の
オブジェクトに関わる制約がないので，０÷９＝０で，
索引［５］＝０となる。

【００２８】(i) 索引［６］には，複数のクラスにまた
がる制約条件の数の，制約条件全部の数に対する割合を
与える。図５の制約条件の例では，制約条件の(1) ，
(6) ，(7) ，(8) ，(9) がこの評価項目に該当し，５÷
９＝０．５５…であるので，索引［６］＝６となる。

【００２９】(j) 索引［７］には，制約条件中にできれ
ば成立する方がいい，という希望制約が存在すれば１
を，なければ０を与える。必須の制約と希望制約とは，
例えば各制約条件の前に記述する制約番号の表記によっ
て区別する。制約番号が“（ｘ）”の形の場合には必須
の制約を表し，制約番号が“（ｘ−ｙ）”の形の場合に
は，希望制約を表す。ここで，ｘ，ｙは数値であり，特
にｙは希望制約における希望優先順位を表す。例えば
“（２−３）”の制約番号が付けられた制約条件は，第
２希望制約における優先順位が３番目の希望制約を表し
ている。図５の制約条件の例では，すべて必須の制約で
あり希望制約がないので，索引［７］＝０である。

【００３０】図６の処理例に従って図４および図５に示
された問題モデルの制約条件を検査すると，この問題モ
デルに与えられる索引［０］〜索引［７］は，（１，
０，１，８，２，０，６，０）となり，索引は“１０１
８２０６０”となる。以下の事例検索部４による類似事
例の検索では，上位の索引［０］側のほうが下位の索引
［７］側のほうよりも類似度の判断において重視され，
大きなウエイトで判断される。

【００３１】 事例検索部４による事例ベースの検索 事例ベース１には，過去に問題モデル化エディタ２より
入力した計画問題の問題モデルと解法のペアが蓄積され
ている。事例ベース１に格納されている各問題モデルに
は，問題モデル解析部３が解析した索引が与えられてい
る。

【００３２】事例検索部４は，問題モデル解析部３より
通知された新問題の索引をもとに，事例ベース１を検索
し，登録されている事例の中で問題モデルに与えられて
いる索引が等しいもの，あるいは最も近いものを見つけ
る。そして，その解法を使用者に提示する。

【００３３】解法は，例えば使用ツール名とそのツール
における定式化情報で構成される。定式化情報は，ツー
ル固有の記述法により定数や制約条件を記述したもので
ある。個々の解法自体は，本発明の要旨ではないためこ
こでの詳しい説明を省略するが，解法は特定の使用ツー
ルに関する情報に限らず，個々の計画問題を直接解くソ
フトウェアプログラム自体であってもよく，または解を
得るための手順や計算のためのガイド情報のようなもの
でもよい。

【００３４】 類似事例の解法の修正と登録 事例検索部４による検索が終了すると，事例修正部５に
終了の通知が届く。事例修正部５では，類似事例として
検索した問題モデルの解法の修正を問題モデル化エディ
タ２などを通してユーザに促す。新問題の問題モデルと
類似事例の問題モデルとの相違部分に着目して，ユーザ
が修正した解法を入力すると，事例修正部５では，新問
題の問題モデルに対応する解法として問題モデルとペア
にして，問題モデル解析部３が解析した問題モデルの索
引も添えて，事例ベース１に追加登録する。

【００３５】上述の例では，問題モデル解析部３におい
て問題モデル中の制約条件の構造を解析して索引を与え
ているが，制約条件の構造をより細かく解析したり，問
題モデル中に登場するクラス＆オブジェクトの種類と対
応を解析して，検索のための索引を与えることも可能で
ある。このような類似事例を検索するための問題モデル
の評価については，上述したもの以外にも種々の方式が
考えられる。

【００３６】

【実施例】図７〜図１０は，問題モデル化エディタ２を
用いて，前述した工程計画問題を入力する場合の表示画
面の例を示す図である。

【００３７】ユーザが問題モデル化エディタ２によって
問題のモデル図と制約条件を入力すると，図４および図
５に示すような問題モデルが生成される。問題モデル化
エディタ２を用いることで，ユーザは問題モデルを容易
に入力することができる。

【００３８】問題モデル化エディタ２を用いた工程計画
問題の入力では，まず，図７（Ａ）に示すような画面
で，問題を表すクラス＆オブジェクト（問題を構成する
もの）を作成する。図７（Ａ）では，「Ｆｉｌｅ」メニ
ュー中の「Ｃｒｅａｔｅ」項目の選択によって，オブジ
ェクト０を作成している。続いて，図７（Ｂ）に示すよ
うに，「Ｏｂｊｅｃｔ」メニュー中の「Ｃｒｅａｔｅ」
項目の選択によって，問題に登場するクラス＆オブジェ
クトを作成する。

【００３９】そして，作成したクラス＆オブジェクトに
ついて，図８（Ａ）に示すような画面によって，名前と
属性を設定する。ここでは，例えば“機械”というクラ
ス＆オブジェクトには“識別番号”という属性があり，
この属性は“機械を識別するための番号”で“定数”で
ある，ということを設定している。

【００４０】問題に登場する全てのクラス＆オブジェク
トについて属性情報を設定した状態を，図８（Ｂ）に示
す。ここでは，“工程計画問題”に登場するクラス＆オ
ブジェクトである“機械”，“受注品”，“見込品”に
ついて，属性情報を設定し終えている。

【００４１】図９（Ａ）は，クラス＆オブジェクト間の
関係を表現する場合の表示画面である。ここでは, 「Ｌ
ｉｎｅ」メニューの「Ｌｉｎｅ ｔｙｐｅ」により，ま
ず，「Ｗｈｏｌｅ−Ｐａｒｔ」の関係にあるクラス＆オ
ブジェクト同士を表現しようとしている。“工程計画問
題”と“機械”，“工程計画問題”と“受注品”，“工
程計画問題”と“見込品”のそれぞれが，「Ｗｈｏｌｅ
−Ｐａｒｔ」の関係にある。

【００４２】図９（Ｂ）は，クラス＆オブジェクト間の
「Ｗｈｏｌｅ−Ｐａｒｔ」の関係を表現し，さらにクラ
ス＆オブジェクト間の「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ」を表現
したた状態の表示画面を示している。メニューから選択
する他に，この「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ」を表す線を，
マウス等のポインティングデバイスで指示することで，
ユーザはその「Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ」に関係する制約
条件を入力することができる。図１０は，その制約条件
を入力するときに用いる編集用の画面であり，ユーザ
は，図９（Ｂ）に示す画面とともに，図１０に示す画面
を用いて，制約条件を入力する。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
一般的な計画問題を解決する際に，その問題を所定の形
式でモデル化して入力し，その問題モデルの特性を表し
た索引を用いることで，過去に解決した問題の中から類
似した問題を選択し，効率のよい解法を容易に獲得する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の処理の流れの概要図である。

【図３】本発明の実施例構成図である。

【図４】問題モデル化エディタを用いて入力した問題モ
デルの例を示す図である。

【図５】問題モデル化エディタを用いて入力した問題モ
デルの例を示す図である。

【図６】問題モデル解析部における解析処理例を示す図
である。

【図７】問題モデル化エディタを用いて問題を入力する
場合の表示画面の例を示す図である。

【図８】問題モデル化エディタを用いて問題を入力する
場合の表示画面の例を示す図である。

【図９】問題モデル化エディタを用いて問題を入力する
場合の表示画面の例を示す図である。

【図１０】問題モデル化エディタを用いて問題を入力す
る場合の表示画面の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 事例ベース ２ 問題モデル化エディタ ３ 問題モデル解析部 ４ 事例検索部 ５ 事例修正部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入出力装置と計算機とを備え，入出力装
   置から入力した計画問題を計算機を用いて解決する，ま
   たは解決することを支援する計画問題解決処理システム
   であって，解法が既知である計画問題を所定の形式で表
   した問題モデルと，その問題モデルの解法とを対応させ
   た事例情報を記憶する事例ベースと，解決しなければな
   らない計画問題を所定の形式からなる問題モデルの表現
   によって前記入出力装置から入力する問題モデル化エデ
   ィタと，前記問題モデル化エディタにより入力した問題
   モデルを解析する問題モデル解析部と，問題モデルの解
   析結果に基づき前記事例ベースから類似事例の問題モデ
   ルを検索して，その解法を使用者に提示する事例検索部
   とを備えることを特徴とする計画問題解決処理システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の計画問題解決処理システ
   ムにおいて，前記事例検索部によって検索した類似事例
   の解法に修正を加え，前記事例ベースに問題モデルと修
   正を加えた解法とを追加登録する事例修正部を備えるこ
   とを特徴とする計画問題解決処理システム。