(57)【要約】【課題】制約条件を加味したスケジュールを作成すること。【解決手段】製品ごとにタンクの割付優先度を示す優先度行列を設定する優先度行列設定手段と、製品の納期を満たすように、配管競合及び混合装置の競合を回避するバックワード法を用い優先度行列に基づいて、作業の割付けを行うことで作業スケジュールを作成するスケジュール演算手段とを備える構成とする。タンクと配管の接続関係、配管競合、混合装置の競合、洗浄量、製品銘柄、製品ごとにタンクの割付優先度を表現する優先度行列を設定し、バックワード法の考え方をベースとし、与えられた充填要求の納期を必ず満たすように配管競合と混合装置の競合を回避し、優先度行列に基づいて作業を割り付ける。これにより、配管競合、混合装置の競合を回避し、ロット集約を考慮して、製品の銘柄変更による洗浄量を最小化するスケジュールを作成することができる。【選択図】図２
2010257407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタンク、混合装置、前記タンク及び前記混合装置を接続する配管を備えた混合プラントにおける作業スケジュールを作成するスケジューリング装置であって、
製品ごとに前記タンクの割付優先度を示す優先度行列を設定する優先度行列設定手段と、
前記製品の納期を満たすように、前記配管の競合及び前記混合装置の競合を回避するバックワード法を用い前記優先度行列に基づいて、作業の割付けを行うことで作業スケジュールを作成するスケジュール演算手段とを備えることを特徴とするスケジューリング装置。
【請求項２】
前記スケジュール演算手段は、シミュレーティッドアニーリング法を用いて許容される計算時間に応じて最適に近い解を得ることを可能とし、前記作業の割付順序リストを作成することを特徴とする請求項１記載のスケジューリング装置。
【請求項３】
前記優先度行列設定手段は、前記優先度行列を３種類の整数で表現するものであり、
前記優先度行列は、必ず割り付けられる状況を表現する第１の整数、割付可能である状況を表現する第２の整数、割付不可能である状況を表現する第３の整数によって表現されることを特徴とする請求項１又は２記載のスケジューリング装置。
【請求項４】
前記スケジューリング演算手段は、前記作業について、前記プラントにおける制約条件を満たさないことに対するペナルティ値が最小となるように、前記作業を割り付けるものであり、
前記ペナルティ値は、前記制約条件を満たさないことで発生するコスト増加に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のスケジューリング装置。
【請求項５】
前記スケジューリング演算手段は、選択された作業を固定化して、再スケジュールの作成を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のスケジューリング装置。
【請求項６】
前記スケジューリング演算手段は、前記タンクでの混合量および混合時期を汎用タンクと専用タンクとに区別して、タンクの最小混合量及び最大混合量の制約を考慮し、洗浄量が最小となるように、混合、検査、洗浄の作業スケジュールを作成する請求項１〜５の何れか１項に記載のスケジューリング装置。
【請求項７】
前記配管の接続関係、複数の銘柄間での配管競合、前記配管内の流速に関するデータである配管データを記憶する配管データ記憶手段を更に備え、
前記スケジュール演算手段は、複数の銘柄間での配管競合、及び前記流速を考慮して、作業スケジュールを作成する請求項１〜６の何れか１項に記載のスケジューリング装置。
【請求項８】
複数の銘柄に関するデータである銘柄データを記憶する銘柄データ記憶手段を更に備え、
前記スケジュール演算手段は、前記銘柄データの追加、変更に応じて、前記作業スケジュールを追加更新する請求項１〜７の何れか１項に記載のスケジューリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の原料を混合して、多品種の製品を生産することが可能な混合プラントにおける作業スケジュールを作成するスケジューリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスケジューリング方法として、特開平１１−５３００６号公報がある。この公報に記載されたスケジューリング方法では、所定作業のシステムに与えられた複数のジョブに対して、ジョブを実施する所定作業を工程毎に分割し、この各工程毎に、このジョブの工程での作業を行うための情報を取り込み、それぞれの作業スケジュールの作成と、各工程間でスケジュールを作成するための情報交換との処理ステップを繰り返して、システム全体の作業スケジュールを作成するものである。
【０００３】
また、複数種類の原料を混合して、多品種の製品を生産することが可能な混合プラントとして、例えば、潤滑油混合プラントがある。潤滑油混合プラントの混合工程では、基油タンクから原料を移送し、バッチブレンダや連続ブレンダによって混合する。混合された潤滑油は、タンクで貯留され、充填ラインを介してドラム缶、ローリー車へ充填されて、製品として出荷される。
【０００４】
また、大型の原油タンカー（ＶＬＣＣ）内の複数種類の原油を複数のタンクに分配する際の、各原油の各タンクへの分配量を決定するためのタンクスケジュール作成支援として、特開平１１−１６７６５２号公報がある。この公報に記載されたタンクスケジュール作成支援装置では、計算対象原油と計算対象タンクのペアを順次特定しつつ、当該ペア間で、計算対象原油と計算対象タンクのＡＰＩ度によって定まる量だけ仮想的な原油移動を行い、仮想的な原油移動が行えなくなった状態で、満たしていない制約条件が残っていた場合には、当該条件に応じたペア間の仮想的な原油移動を禁止した状態で、再度、最初から仮想的な原油移動が行われるようにしている。なお、ＡＰＩ度とは、米国石油協会（American Petroleum Institute）が定めた原油および石油製品の比重を示す単位である。
【０００５】
また、特開２００４−１６２７５６号公報に記載された配管システムは、上流側の機器群と、下流側の機器群とを連結する配管システムであって、上流側の機器群のうち複数の機器とを対応させてそれぞれ個別に接続する専用配管と、各専用配管に切替装置を介して接続される循環配管とを備えるものである。このような構成により、少品種の製品を多量に製造する場合には、循環配管を利用することなく各々の系統設備を個別に稼動させて複数の製品を個別に製造することができ、循環配管を利用することにより、主力品種と生産頻度が少ない品種とを工程管理しながら製造することが可能となる。
【０００６】
また、スケジューリングシステムとして、特開２０００−１３７５０２号公報がある。この公報に記載されたスケジューリングシステムは、性状の異なる原料を複数の原料タンクで受け払いするスケジューリングシステムであり、原料毎に複数の要件の組み合わせで原料タンクの受入れ優先順位を設定する手段、払い出し原料の性状変化幅を変化制限値内に抑える払い出し目標値を決定する手段、払い出し性状目標値に最も近くなる払い出しタンクの組み合わせと各タンクからの払い出し流量を選択し決定する手段を有するものである。このような構成により、製造装置による主製品の生産量の制御性を高めるために、製造装置へ払い出す原料の性状を、迅速に精度良く予測し、または制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−５３００６号公報
【特許文献２】特開平１１−１６７６５２号公報
【特許文献３】特開２００４−１６２７５６号公報
【特許文献４】特開２０００−１３７５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多品種の製品を製造可能な混合プラントでは、タンクの入口側や出口側における配管競合、品目変更時の切り替えによる洗浄コストの削減、混合ロット集約による混合工程の能力向上を考慮した生産計画の立案が求められている。従来の混合プラントにおける生産計画の作成は、現場オペレータの知識や経験によるスケジューリングが行われていたため、その業務効率は、作業者の判断と工夫に頼るものであり、業務効率の向上が求められていた。また、従来は、商用のソフトウェアパッケージをカスタマイズしたスケジューリング装置が主に利用され、混合プラントのさまざまな制約条件を従来のソフトウェアに反映させることは困難であった。
【０００９】
また、特許文献５に記載のスケジュールシステムでは、受入れ優先順位を設定して、スケジュールを作成することができるものの、コストなどの制約を最適化することができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、混合プラント、充填プラントなどの複数のタンクと配管などから構成される化学プラントにおける制約条件を加味したスケジュールを作成することが可能なスケジューリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるスケジューリング装置は、複数のタンク、混合装置、タンク及び混合装置を接続する配管を備えた混合プラントにおける作業スケジュールを作成するスケジューリング装置であって、製品ごとにタンクの割付優先度を示す優先度行列を設定する優先度行列設定手段と、製品の納期を満たすように、配管の競合及び混合装置の競合を回避するバックワード法を用い優先度行列に基づいて、作業の割付けを行うことで作業スケジュールを作成するスケジュール演算手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
このようなスケジューリング装置は、タンクと配管の接続関係、配管競合、混合装置の競合、洗浄量、製品銘柄、製品ごとにタンクの割付優先度を表現する優先度行列を設定する。スケジューリング装置では、バックワード法の考え方をベースとし、与えられた充填要求の納期を必ず満たすように配管競合と混合装置の競合を回避し、優先度行列に基づいて作業を割り付けることができる。これにより、複数の配管競合、複数の混合装置の競合を回避しながら、ロット集約を考慮して、製品の銘柄変更による洗浄量を最小化するスケジュールを作成することができる。
【００１３】
また、シミュレーティッドアニーリング法を用いて許容される計算時間に応じて最適に近い解を得ることを可能とし、作業の割付順序リストを作成することが好適である。これにより、コスト削減を図ることができる。
【００１４】
また、優先度行列設定手段は、優先度行列を３種類の整数で表現するものであり、優先度行列は、必ず割り付けられる状況を表現する第１の整数、割付可能である状況を表現する第２の整数、割付不可能である状況を表現する第３の整数によって表現されることが好ましい。例えば、優先度行列を１〜３の整数で表現し、「３：必ず割り付けられる状況」、「２：割付可能である状況」、「１：割付不可能である状況」と表現することができ、これらの優先度行列を反映した作業の割り付けを行うことが可能となる。
【００１５】
また、スケジューリング演算手段は、作業について、プラントにおける制約条件を満たさないことに対するペナルティ値が最小となるように、作業を割り付けるものであり、ペナルティ値は、制約条件を満たさないことで発生するコスト増加に応じて設定されることが好ましい。ここで、ペナルティ値は、タンクの最大中間在庫量を超えることに対するコスト、定められた混合回数（設備能力）を上回ることに対するコスト、混合量の不足分の補充に対するコスト、休日に作業が発生することに対するコスト、製品検査作業の不足に対するコスト、混合装置の生産能力の制約を上回ることに対するコスト、混合作業の競合制約に違反することに対するペナルティコスト、充填能力制約を違反する（充填容器の能力を超える）ことに対するコスト、充填要求制約を違反することに対するペナルティコストなどに応じて設定されることが好適である。
【００１６】
また、スケジューリング演算手段は、選択された作業を固定化して、再スケジュールの作成を行うことが好ましい。
【００１７】
また、スケジューリング演算手段を実現するためのシステム構成としては、共有データベース、ガントチャート出力システム、データベース変更システムを備える構成が挙げられる。これにより、さまざまな銘柄の追加変更やタンクの接続関係の変更に対して柔軟に対応することができる。
【００１８】
また、スケジューリング演算手段は、タンクでの混合量および混合時期を汎用タンクと専用タンクとに区別して、タンクの最小混合量及び最大混合量の制約を考慮し、洗浄量が最小となるように、混合、検査、洗浄の作業スケジュールを作成することが好ましい。
【００１９】
また、配管の接続関係、複数の銘柄間での配管競合、配管内の流速に関するデータである配管データを記憶する配管データ記憶手段を更に備え、スケジュール演算手段は、複数の銘柄間での配管競合、及び流速を考慮して、作業スケジュールを作成することが好ましい。
【００２０】
また、複数の銘柄に関するデータである銘柄データを記憶する銘柄データ記憶手段を更に備え、スケジュール演算手段は、銘柄データの追加、変更に応じて、作業スケジュールを追加更新することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のスケジューリング装置によれば、混合プラントにおける制約条件を加味したスケジュールを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】潤滑油混合プラントの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスケジューリング装置の概略図である。
【図３】記憶部に記憶されているデータリストの一例を示す図である。
【図４】優先度割付けの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ＳＡ法を用いた充填ジョブ割付け順序リストの作成手順を示すフローチャートである。
【図６】新たな生産計画Ｒｎｅｗの作成手順を示すフローチャートである。
【図７】タンクに対する製品の割付け優先度を表現する優先度行列を示す図である。
【図８】充填ジョブ割付け順序リストＬｆ中の充填ジョブｆｉを割付ける手順を示すフローチャートである。
【図９】混合ジョブの割付け手順を示すフローチャートである。
【図１０】スケジューリング装置によって作成された生産計画の一例を示す生産計画ガントチャートである。
【図１１】混合機の性能を示す表である。
【図１２】タンク設備データを示す図である。
【図１３】洗浄コストの一例を示す表である。
【図１４】洗浄コストの一例を示す表である。
【図１５】本実施例に係る割付け優先度行列を示す図である。
【図１６】本実施例に係る割付け優先度行列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本発明の実施形態に係るスケジューリング装置は、多品種の製品を製造可能な混合プラントにおける作業スケジュールの作成を支援するものである。以下、潤滑油混合プラントにおける作業スケジュールを作成するスケジューリング装置について説明する。
【００２４】
図１は、潤滑油混合プラントの概略構成図である。図１に示す潤滑油混合プラント１は、原料油を貯留する原料タンクＴＡ〜ＴＣ、複数種類の原料油を混合する混合装置Ｍｋ（連続処理装置Ｍ１、バッチブレンダＭ２）、混合装置Ｍｋによって混合された潤滑油（製品）を貯留する製品タンクＴｋ（Ｔ１〜Ｔ４）、潤滑油を充填容器（例えば、ドラム缶５、ローリー６、Ｐ／Ｌ缶、４Ｌ缶、運搬船など）に充填するための充填装置４を備えている。これらのタンクＴＡ〜ＴＣ、混合装置Ｍｋ、タンクＴｋ、充填装置４は、複数の配管Ｌ１〜Ｌ６によって接続されている。また、これらの配管Ｌ１〜Ｌ６には、内部流体（潤滑油、洗浄油）を移送するためのポンプが接続されている。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態に係るスケジューリング装置の概略図である。図２に示すスケジューリング装置１０は、ジョブ（充填要求）データなど各種データを入力する入力部１１、入力されたデータに基づいて、スケジュールを作成する電子制御ユニット２０、この電子制御ユニット２０による処理の結果を出力する出力部１２を備えている。
【００２６】
入力部１１は、操作者（ユーザ）によって操作される入力手段（例えば、キーボードなど）や、各種記録媒体との接続を可能とする接続部を有するものである。
【００２７】
出力部１２は、電子制御ユニット２０によって作成されたスケジュールを出力するものであり、画像表示装置や印字装置を有するものである。
【００２８】
電子制御ユニット２０は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。電子制御ユニット２０の記憶部には、ジョブＤＢ３１、製品タンクＤＢ３２、製品ＤＢ３３、制約条件ＤＢ３４が構築されている。電子制御ユニット２０では、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、作業設定部２１、優先度行列設定部２２、スケジュール演算部２３が構築される。
【００２９】
制約条件ＤＢ３１は、潤滑油混合プラントにおける制約条件に関するデータが記憶されている。制約条件に関するデータとしては、充填納期制約条件、使用可能な混合装置に関する制約条件、１日の混合回数制限（バッチブレンダＭ２）、１日の混合量の制限（連続処理装置Ｍ１）、タンクＴｋ入口側配管Ｌ２の競合制約条件、充填装置４入口側配管Ｌ３，Ｌ４の競合制約条件、検査作業制約条件などに関するデータがある。
【００３０】
図３は、記憶部に記憶されているデータリストの一例を示す図である。ジョブＤＢ３２は、ジョブ（充填要求）に関するデータを記憶するデータベースであり、リクエストＩＤ、（製品）油種、（製品）要求量、納期が記憶されている。
【００３１】
製品タンクＤＢ３３は、製品タンクに関するデータを記憶するデータベースであり、タンクＩＤ（タンク番号）、（製品）油種、タンク容量、接続配管データ、最小ロット、最大ロットが記憶されている。接続配管データとは、タンクに接続された配管に関する情報であり、配管の接続先、配管の接続元、配管の分岐などに関するデータである。また、製品タンクＤＢ３２には、競合配管に関するデータを記憶している。配管の接続先、接続元、配管の分岐などのデータは、例えば図１２に示すものを数値化したものである。
【００３２】
製品ＤＢ３４は、製品（銘柄）に関するデータを記憶するデータベースであり、製品ＩＤ、（製品）油種、混合時間、検査時間、充填時間、洗浄時間などのデータが記憶されている。
【００３３】
電子制御ユニット２０は、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、スケジュール演算部が構築される。スケジュール演算部２１は、本発明の優先度行列設定手段、スケジュール演算手段として機能するものである。
【００３４】
電子制御ユニット２０のスケジュール演算部２１によって実行される優先度割付けは、バックワード法の考え方をベースにメタ戦略とルールベースを組み合わせたアルゴリズムである。納期から逆向きにジョブを割付けるバックワード法を用いることで納期の保障が可能となる。
【００３５】
まず処理を行うジョブの順序リスト：Ｌｆ＝｛ｆ１，ｆ２，…，ｆｎ｝…（１）を作成しておき、この順序リストに順にジョブの割り付けを実行する（各ジョブを実行するタンクを決定する）。図４は、スケジュール作成の処理手順を示すフローチャートである。以下、ステップをＳと略記することがある。順序リストに従うスケジュール作成を行う場合には、ジョブの作成（Ｓ１）、充填計画の作成（Ｓ２）、混合計画の作成（Ｓ３）を実行する。換言すれば、充填ジョブ割付け順序リスト作成ステップ（Ｓ１）、充填ジョブ割付けステップ（Ｓ２）、混合ジョブ割付けステップ（Ｓ３）を行う。
【００３６】
ステップ１では、充填ジョブ割付け順序リストを作成する。ステップ２では、順序リスト順にタンクへ優先度割付けを行う。ステップ３では、充填が実行できるように各タンクに混合ジョブを割付ける。そして、これらのＳ１〜Ｓ３を繰り返し、目的関数の最適化を行う。すなわち、混合コスト、洗浄コストを示す目的関数を最小とする生産計画を作成することで、最適化する。
【００３７】
次に、充填ジョブ割付け順序リストの作成について説明する。ここでは、メタヒューリスティクスの一種であるシミュレーティッドアニーリング法（Simulated Annealing、以下、「ＳＡ法」という。）を用いて、充填ジョブ割付け順序リストを作成する。ＳＡ法を用いることで、許容される計算時間に応じて最適に近い解を得ることができる。
【００３８】
図５は、ＳＡ法を用いた充填ジョブ割付け順序リストの作成手順を示すフローチャートである。ＳＡ法を用いた充填ジョブ割付け順序リストの作成では、ステップ１１〜ステップ２２の処理を実行する。ステップ１１では、ＳＡ法で用いるパラメータ（Ｔ０：初期温度、Ｎ０：同一目的関数値での最大繰り返し数、ＮＳ：同一温度で生成するリストの数、δ：温度更新率）を設定する。Ｎｃｏｕｎｔ←０とする。
【００３９】
次に、ステップ１２では、納期が早い要求順に１から番号を割振り、充填ジョブ割付け順序リストＬｆを作成し、順序リストＬｆ順に、後述する手順で充填ジョブの割付けと混合ジョブの割付けを行い、生産計画Ｒを立てる。また、現時点の最適の生産計画Ｒを最適生産計画Ｒｏｐｔと設定する。さらに、温度パラメータｔをｔ＝Ｔｓと設定する。
【００４０】
次に、ステップ１３では、図６に示すステップ３１〜ステップ３３を実行することで、新たな最適生産計画Ｒｏｐｔを作成する。図６は、新たな生産計画Ｒｎｅｗの作成手順を示すフローチャートである。ステップ３１では、充填ジョブ割付け順序リストＬｆから２つのジョブをランダムに選択する。ステップ３２では、ステップ３１で選択された２つのジョブを入れ替え、入れ替えられたものを新たな充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗとする。ステップ３３では、ステップ３２で設定された新たな充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗに従って後述する処理手順に従って充填ジョブの割付けと混合ジョブの割付けを行い、生産計画Ｒｎｅｗを作成する。
【００４１】
図５に戻り、ステップ１４の処理を実行する。ここでは、生産計画Ｒに対する目的関数値をｙ（Ｒ）と表すことにする。ｙ（Ｒｎｅｗ）≦ｙ（Ｒ）であるか否かの判定を行う。ｙ（Ｒｎｅｗ）がｙ（Ｒ）より良い場合には、ｙ（Ｒｎｅｗ）≦ｙ（Ｒ）であると判定する。ｙ（Ｒｎｅｗ）≦ｙ（Ｒ）であると判定された場合には、ステップ１５に進み、ｙ（Ｒｎｅｗ）≦ｙ（Ｒ）であると判定されなかった場合には、ステップ１６に進む。
【００４２】
ステップ１５では、Ｒ←Ｒｎｅｗ，Ｌｆ←Ｌｆｎｅｗとし、新たな生産計画Ｒｎｅｗと充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗを無条件で受け入れ、ステップ１８に進む。ステップ１６では、確率ｅ−Δ／ｔでＲ←Ｒｎｅｗ，Ｌｆ←Ｌｆｎｅｗとして、受け入れ、ステップ１７に進む。ステップ１７では、新たな生産計画Ｒｎｅｗと充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗが受け入れられたか否かを判定する。新たな生産計画Ｒｎｅｗと充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗが受け入れられた場合には、ステップ１８に進み、新たな生産計画Ｒｎｅｗと充填ジョブ割付け順序リストＬｆｎｅｗが受け入れられなかった場合には、ステップ１９に進む。
【００４３】
ステップ１８では、同一の目的関数値が続いた回数Ｎｃｏｕｎｔ＝０とする。ステップ１９では、Ｎｃｏｕｎｔに１を加算する。
【００４４】
続くステップ２０では、ｙ（Ｒ）≦ｙ（Ｒｏｐｔ）であれば、Ｒｏｐｔ←Ｒとする。ステップ２１では、Ｎｃｏｕｎｔ≧Ｎ０ならば終了する。そうでなければステップ１３へ戻る。
【００４５】
ステップ２２では、ステップ１３〜ステップ２１をＮＳ回繰り返す。ｔ＝δ・ｔとして、ステップ１３に戻る。
【００４６】
次に、割付けの順番が回ってきた充填ジョブのタンクへの割付け手順について説明する。まず、優先度行列について説明する。従来の潤滑油混合プラントでは、オペレータが、後々の生産計画を考慮して、各製品の製造時に使用するタンクを決定している。そのようなジョブ割付け基準を数値に反映させた行列を優先度行列として設定する。
【００４７】
図７は、タンクに対する製品の割付け優先度を表現する優先度行列を示す図である。図７では、製品油種が５種類（Ｐ１〜Ｐ５）、タンク基数が４基（Ｔ１〜Ｔ４）の場合の優先度行列の一例を示している。ここでは、充填ジョブの割付け易さを１〜３の３段階の整数を用いて表現している。各数値が表す意味は、「３：必ず割付けられる」、「２：たまに割付けられる」、「１：割付けられない」である。例えば、製品油Ｐ１の場合、タンクＴ１，Ｔ４に対しては、「１：割付けられない」、タンクＴ２に対しては、「２：たまに割付けられる」、タンクＴ２に対しては、「３：必ず割付けられる」と設定されている。この場合、製品油Ｐ１は、タンクＴ２に最も割付けられ易く、次に、タンクＴ３に割付けられ易いことを表している。
【００４８】
次に、優先度行列を用いた充填ジョブの割付け方法について説明する。洗浄コストは充填ジョブを割付けるタンクを決定した段階で決まる。故に、各タンクに割付けた場合に必要となる洗浄コストと、割付けるタンクの優先度を考慮して作業を行うタンクを決定することで、最適な充填工程の計画を作成する。
【００４９】
次に、充填ジョブ割付け順序リストＬｆ＝｛ｆ１，ｆ２，…，ｆｉ，…，ｆｎ−１，ｆｎ｝の中の充填ジョブｆｉを割付ける場合について説明する。充填ジョブｆｉの製品をＩｆｉとすると、割付けアルゴリズムは以下のようになる。図８は、充填ジョブ割付け順序リストＬｆ中の充填ジョブｆｉを割付ける手順を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、ステップ４１では、タンク番号ｋの製品Ｉｆｉに対する優先度をＰｋＩｆｉとし、ｆｉの割付けを行う期をＤｉとする。また、製品Ｉｆｉに対する優先度の高いタンク順にソートする。
【００５１】
次に、ステップ４２では、ｑ＝１とし、ｑ番のタンクＴｋｑに充填ジョブｆｉに割付けを試みる。割付けを行う際には以下の制約条件を考慮する。制約条件としては、「タンクＴｋｑのＤｉ期に他の充填要求が割付けられていないこと」、「タンクＴｋｑのＤｉ期、またはＤｉ＋１期に他品種の充填要求が割付けられていないこと（後で混合ジョブを割付けるための制約条件）」がある。ステップ４３では、制約条件が成立するか否かを判定する。
【００５２】
タンクＴｋｑへの割付けが制約条件を満たす場合には、ステップ４４に進み、製品Ｉｆｉに対する最大優先度ＰｍａｘＩｆｉ←ＰｋｑＩｆｉとする。また、タンクＴｋを現時点の最適割付けタンクｋｏｐｔ←ｋｑとして、ステップ４６に進む。一方、タンクＴｋｑへの割付けが制約条件を満たさない場合には、ｑに１を加算して、ステップ４２を繰り返す。
【００５３】
ステップ４６では、タンクＴｋｏｐｔに仮の充填ジョブ割付けを行う。その際に、ｇｍｉｎ＝Ｃｊｋｑ，Ｉｆｉ…（２）を用いて割付けに必要となるペナルティｇを計算する。ここで、現時点の最小ペナルティ値ｇｍｉｎ←ｇとする。ｊｋｐはタンクｋの前油，Ｃｊｋｑ，Ｉｆｉはｊｋｑから製品種Ｉｆｉへの切り替えコストを示している。
【００５４】
ステップ４６では、ｑ＝ｑ＋１とし、仮の割付けを行う。その際に、ｇ＝Ｃｊｋｑ，Ｉｆｉ＋Ａ・（ＰｍａｘＩｆｉ−ＰｋｑＩｆｉ）…（３）を用いてペナルティｇを算出する。なお、式（３）中のＡは優先度が１小さくなることに対するペナルティ係数を示している。ここで、ｇ＜ｇｍｉｎが成立するならば、現時点の最小ペナルティｇｍｉｎ←ｇとする。また、ｋｏｐｔ←ｋｑとし、ｋｑを最適割付けタンクとして受け入れる。
【００５５】
次に、混合ジョブの割付け手順について説明する。図９は、混合ジョブの割付け手順を示すフローチャートである。まず、ステップ５１では、計画開始期Ｄｆ，計画終了期Ｄｅを読み込む。このとき、混合ジョブの割付けを行うタンク番号をｋで表現し、ｋ＝１とする。
【００５６】
続く、ステップ５２では、ｄ＝Ｄｆとし、混合ジョブの割付けを行う期ｘをｘ＝ｄ−１とする。
【００５７】
次に、ステップ５３では、タンクＴｋのｄ期の予定に製品Ｉｆｉの充填ジョブｆｉが入っていれば、以下に示す制約条件が成立しているか否かを判定する。制約条件としては、タンク番号ｋのタンクＴｋと互いに混合装置Ｍｋ−タンク間配管競合しているタンクＴｋ０のｘ期の予定に混合予定がないこと、タンク番号ｋに接続されている混合装置Ｍｋの使用回数ＬＭｋが混合装置Ｍｋの一日の最大混合ロット数を超えていないことがある。
【００５８】
すなわち、混合装置Ｍｋの使用回数ＬＭｋが一日の最大混合ロット数を超えていない場合であり、かつ、タンクＴｋと互いに混合装置Ｍｋ−タンク間配管競合しているタンクＴｋ０のｘ期の予定に混合予定がない場合に制約条件が成立している（制約条件に反していない）と判定する。
【００５９】
制約条件が成立している場合、タンク番号ｋのｘ期に充填ジョブｆｉと同量の混合予定ＢＩｆｉを立案し、タンク番号ｋにおけるｄ期以降の前油データ品目をＩｆｉに書き換える。また、ＬＭｋ＝ＬＭｋ＋１，ｄ＝ｄ＋１とし、ステップ５４へ進む。
【００６０】
一方、制約条件が成立していない場合、ｘ＝ｘ−１として、ステップ５３を繰り返す。また、ｄ期に充填予定が入っていなければ、ｄ＝ｄ＋１とし、ステップ５３を繰り返す。ｄ＝Ｄｅとなればｋ＝ｋ＋１としてステップ５２へ戻る。
【００６１】
ステップ５５では、ｄ期の予定を参照して、ステップ５６で作った混合ジョブの製品油Ｉｆｉと同じ製品油の充填ジョブｆｉがあればＢｉの量に充填ジョブｆｉの充填量を足し合わせる。また、ｄ＝ｄ＋１とする。異なる製品油の充填ジョブが入っている場合はステップ５３へ戻る。充填ジョブがない場合はステップ５４を繰り返す。ｄ＝Ｄｅであればｋ＝ｋ＋１としてステップ５２へ戻る。ｋが総タンク数Ｋ０に等しくなれば、混合ジョブの割付けを終了する。
【００６２】
図１０は、スケジューリング装置によって作成された生産計画の一例を示す生産計画ガントチャートである。欄中のデータは、上段に油種を示し、下段に量（単位：ｋＬ）を示している。また、色の濃い欄は、混合計画を示し、その他の欄は、充填計画を示している。例えば、対象設備「Ｔａｎｋ１」では、７月３日に、油種「ｏｉｌ８」を２３０ｋＬ混合する。その後の充填計画としては、４日に６６ｋＬ、６日に８４ｋＬ、８日に８０ｋＬ充填する計画が立てられている。
【００６３】
このようなスケジューリング装置１０では、タンクと配管の接続関係、配管競合、混合装置の競合、洗浄量、製品銘柄、製品ごとにタンクの割付優先度を表現する優先度行列を設定し、バックワード法の考え方をベースとし、与えられた充填要求の納期を必ず満たすように配管競合と混合装置の競合を回避し、優先度行列に基づいて作業を割り付けることができる。これにより、複数の配管競合、複数の混合装置の競合を回避しながら、ロット集約を考慮して、製品の銘柄変更による洗浄量を最小化するスケジュールを作成することができる。また、スケジューリング装置によって、生産計画を作成することで、計画立案者の業務効率を向上させることができる。
【００６４】
また、スケジューリング装置１０では、充填ジョブ割付け順序リストＬｆを、メタヒューリスティック手法の一つであるシミュレーティッドアニーリング法を用いて許容される計算時間に応じて最適に近い解を得ることができるため、コスト削減が図られた生産計画を作成することができる。
【００６５】
また、スケジューリング装置１０は、充填作業と混合作業について、制約条件を満たさないことに対するペナルティ値が最小となる割付けを行うことができる。これにより、制約条件に反することで発生するコスト増加を抑制することができる。
【００６６】
また、スケジューリング装置では、選択された作業を固定化して、再スケジュールを作成する機能を有する構成であるため、スケジュールの最適化を図り、コスト削減を実現することができる。
【００６７】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、スケジューリング装置を潤滑油混合プラントの生産計画の作成に利用しているが、その他の原料を混合して、製品を生産する製造装置における生産計画の作成に利用しても良い。また、バッファに制限を有する混合組立ラインとするスケジューリング装置としてもよい。
【実施例１】
【００６８】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６９】
本実施例では、混合機（混合装置）を３機、タンクを５１基、充填ラインを５１ライン、総生産品目（銘柄）１６６種の潤滑油製造工場に対して、本発明のスケジューリング装置を適用した。
【００７０】
混合機ＭＬは、バッチ処理を行う際に利用されるバッチラインと連続処理を行う際に利用されるコーネルラインの２系統存在するが、本実施例では、バッチラインのみ考慮するものとした。図１１は、混合機の性能を示す表である。各タンクには、３つ存在する混合機ＭＬ１〜ＭＬ３のうち１基だけが繋がっているものとする。
【００７１】
図１２は、タンク設備データを示す図である。図１２のタンク設備データでは、タンク容量、使用可能混合機、混合機−タンク間の配管について示している。混合機−タンク間の配管は各タンクに１ラインずつ存在しているわけではなく、図１２に示すように競合しているラインが存在している。同一ラインに繋がっているタンク同士は、同時に混合作業が行うことができない。また、充填ラインについては各タンクに一つずつ接続されているものとし、それらに能力の差は無いものとする。
【００７２】
（決定変数）
生産計画を作成する際に与えられるデータは充填要求データである。充填要求データは期日までに指定の製品を所与の量を充填しなければならないという制約条件として与えられるものである。生産計画は充填要求と設備とによる制約を満たすように、各工程の詳細な生産計画が決定される。潤滑油製造工場の生産計画では以下の変数を決定変数とする。決定変数としては、「作業を行うタンク」、「混合する製品と混合工程の日程」、「混合量」、「充填する製品と充填工程の日程」、「充填量」、「タンクに貯蔵されている中間在庫量」、「タンクに貯蔵する製品の切り替えの有無」が挙げられる。これらの変数を全て決定することで生産計画が決定される。
【００７３】
（目的関数）
潤滑油製造工場における生産計画では、与えられた充填要求を満たし、コストが最小となるように決定変数の値が決められる。ここでは、充填要求を必ず満たさなければならない条件として扱うこととし、生産計画を作成する際に最適化すべき項目は、生産コストとする。本実施例では、削減することができるコストとして、混合コストと洗浄コストの二つのコストを考慮した。混合コストは、混合工程の際の段取り（準備作業）に必要なコストである。また、洗浄コストは前回に処理された製品の銘柄（前油銘柄）と製造製品の銘柄が異なる際に、タンク内の洗浄を行うために必要なコストである。
【００７４】
図１３及び図１４は、洗浄コストの一例を示す表である。表になっていない品目については、洗浄コストが０であることを意味する。表中、左側の欄には、前油品目が記載され、上側の欄には、生産品目が記載されている。
【００７５】
（制約条件）
制約条件とは生産計画を作成する上で必ず満たさなければならない条件のことを指すものである。本実施例の潤滑油製造工場の生産計画の以下に示す制約条件を必ず満たしていなければならない。制約条件としては、「混合作業と充填作業に関する制約条件」、「前油に関する制約条件」、「切り替えに関する制約条件」、「貯蔵在庫に関する制約条件」がある。
【００７６】
「混合作業と充填作業に関する制約条件」としては、「混合機から繋がる配管は複数のタンクで共有しているため、一日に同時に混合できる製品が限られること」、「各混合機には、一日の生産能力（混合ロット数）の上限があり、それを超えて混合することはできないこと」、「混合作業と充填作業とにおいて、充填要求以上の量を処理（生産）しないこと」が挙げられる。
【００７７】
「前油に関する制約条件」としては、「製品の充填後、タンク内には別の製品を製造するまで、過去に製造した製品の残り油（前油）が残ること」が挙げられる。「切り替えに関する制約条件」としては、「前油と異なる製品を製造する場合、洗浄作業を行わなければならないこと」が挙げられる。「貯蔵在庫に関する制約条件」としては、「各タンクは最大でタンクの容量までしか製品を貯蔵できないこと」が挙げられる。
【００７８】
（定式化の詳細）
次に、本実施例の潤滑油製造工場の生産計画モデルにおける混合整数線形計画問題（Mixed Integer Linear Programming Problem : MILP問題）への定式化について詳しい説明を行う。
【００７９】
（定数）
まず、使用する定数を以下に示す。
ｋ ：タンク番号                                                  （１）
Ｃｋ：タンクｋの容量                                              （２）
Ｗｉ，ｊ：製品種ｉから製品種ｊへ切り替えるときに必要な洗浄コスト  （３）
ｆｔ，ｉ：品目ｉのｔ期での充填量                                  （４）
ｋはタンク番号でありｋ＝１〜５１の値をとる。Ｃｋはタンクｋの最大容量である。ｆｔ，ｉはｔ期の製品ｉの生産要求量（充填要求量）である。なお、タンク番号ｋ（１〜５１）は、プラント固有の数値であり、プラント内に設置されたタンクの個数（５1基）に応じた値である。
【００８０】
（決定変数）
決定変数として以下の４つの変数を定義する。
【数１】
2010257407.tif 000003
【００８１】
式（５），式（６）は、混合作業を表す決定変数（δｋ０，ｉ＝０，Ｂｋ０，ｉ＝０）である。式（５）の決定変数δｋｔ，ｉが１のとき、タンクｋのｔ期で製品種ｉが混合されることを表し、式（６）の決定変数Ｂｋｔ，ｉはそのときの混合量を表している。
【００８２】
式（７），式（８）は充填作業を表す決定変数（γｋ０，ｉ＝０，Ｆｋ０，ｉ＝０）である。式（７）の決定変数γｋｔ，ｉが１のとき、タンクｋのｔ期で製品種ｉを充填することを表し、式（８）の決定変数Ｆｋｔ，ｉはそのときの充填量を表している。
【００８３】
式（９）は、タンクｋ内の製品種ｉの容量を表す決定変数（ｘｋ０，ｉ＝０）である。式（１０）は、タンクｋの前油種を表す決定変数（αｋ０，ｉは所与）である。例えばα２３，１６、が１の場合はタンク番号２の３期の前油品目は製品種番号１６であることを示す。式（１１）は、切り替えの有無を表す決定変数である。
【００８４】
（目的関数）
生産計画問題は以下の関数を最小化する問題として記述できる。
【数２】
2010257407.tif 000004
式（１２）の第一項では全混合回数を計算し、第二項では総洗浄コストを表す。式（１２）の目的関数を最小とするような生産計画を作成することを目的とする。
【００８５】
（混合作業と充填作業に関する制約条件）
本実施例で扱う制約条件について説明する。以下の式で、Ｔ０は計画期間を表し、ｉ∈Ｐ０，Ｐ０は生産性品種集合を表し、ｋ∈Ｋ０，Ｋ０は全タンク集合を表すものとする。以下に混合作業と充填作業に関する制約条件を示す。ここで、ＴＣは混合機−タンク間配管競合の関係にあるタンク集合である。Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３はそれぞれ混合機ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３に接続されているタンク集合を示す。
Ｋ１＝{１，９，１０，１２〜１４，１７〜１９，３６，３７，４５，４６，４９}
Ｋ２＝{２〜８，１１，１５，１６，２０〜３５}
Ｋ３＝{３８〜４４，４７，４９〜５１}
【００８６】
また、ＫＣは同じ配管を共有しているタンクの集合を表す。以下に制約条件式を示す。
【数３】
2010257407.tif 000005
式（１３）〜式（１６）は混合作業の制約を表す式である。式（１３）は混合機−タンク間の配管の設備条件によるによる混合回数の制限を表している。式（１４）〜式（１６）は混合機の能力の上限による混合回数の制約を表す式である。式（１４）は混合機ＭＬ１に繋がれているタンクの混合作業の制約を表す式である。式（１５）は混合機ＭＬ２に繋がれているタンクの混合作業の制約を表す式である。式（１６）は混合機ＭＬ３に繋がれているタンクの混合作業の制約を表す式である。
【００８７】
【数４】
2010257407.tif 000006
式（１７），式（１８）は、上記式（５）の「混合作業を表す決定変数δｋｔ，ｉ」の定義式である。上記式（６）の「混合作業の混合量を表す決定変数Ｂｋｔ，ｉ」が１〜Ｃｋの間の値を取るときのみ、上記式（５）の「混合作業を表す決定変数δｋｔ，ｉ」の値は１を取ることを表している。
【００８８】
【数５】
2010257407.tif 000007
式（１９），式（２０）は、上記式（７）の「充填作業を表す決定変数γｋｔ，ｉ」の定義式である。上記式（８）の「充填作業の充填量を表す決定変数Ｆｋｔ，ｉ」が１〜Ｃｋの間の値を取るときのみ、上記式（７）の「充填作業を表す決定変数γｋｔ，ｉ」の値は１を取ることを表している。
【００８９】
【数６】
2010257407.tif 000008
式（２１）は充填要求と充填量総和が等しいことを表している。式（２２）は、総混合量と総充填量が等しいことを示している。式（２３）は各タンクで１期間に行える仕事は、混合作業、または充填作業のどちらか１作業のみということを示している。
【００９０】
（前油についての制約条件）
下記式（２４）〜式（２７）は、前油についての制約条件を示すものである。
【数７】
2010257407.tif 000009
式（２４）は、各タンクには必ずタンク内に１種類の前油が残っていることを表している。式（２５）はタンクｋのｔ期において製品ｉの混合作業をする場合、タンクｋのｔ期の前油が製品ｉに変わることを示している。式（２６），式（２７）のＫは十分大きい整数を表している。また、ｔ＝１のときの前油種を表す決定変数αｋｔ−１，ｉ、すなわち決定変数αｋ０，ｉは、生産計画を行う前の０期の前油データを表しており、所与のデータである。これらの式（２６），式（２７）は混合作業がない場合は、一つ前の期の前油がそのままタンク内に残ることを表している。
【００９１】
（貯蔵在庫についての制約条件）
以下に貯蔵在庫について制約条件を示す。
【数８】
2010257407.tif 000010
式（２８）は、タンクに貯めておく貯蔵在庫の最小値を表している。式（２９）は０期の各タンクの貯蔵在庫がすべて０であることを表している。式（３０）は貯蔵在庫の最大値を表している。式（３１）はタンクｋのｔ期に製品ｉをＦｋｔ，ｉだけ充填を行わなければならない場合、タンクｋのｔ−１期における製品ｉの貯蔵在庫量を表すｘｋｔ−１，ｉは、充填量Ｆｋｔ，ｉ以上でなければならないことを表す。式（３２）は、ｔ−１期末の在庫ｘｋｔ−１，ｉに対して、ｔ期にＦｋｔ，ｉだけ充填され、Ｂｋｔ，ｉだけ混合された場合のｔ期末の貯蔵在庫量を表すものである。式（３３）はタンクｋのｔ期における前油が製品ｉのときタンク内には製品ｉ以外の貯蔵在庫量がないことを表している。
【００９２】
（切り替えについての制約条件）
以下に切り替えについての制約条件を示す。
【数９】
2010257407.tif 000011
式（３４），式（３５）は、前油種を表す決定変数αｋｔ−１，ｉ，αｋｔ，ｊがともに１である場合、切り替えの有無を表す決定関数βｋｔ，ｉ，ｊの値を１とすることを表している。すなわち、これら二つの式（３４），式（３５）は、タンクｋのｔ期末において、製品ｉから製品ｊに製造製品の切り替えの有無を表している。
【００９３】
（割付け優先度行列）
従来、潤滑油製造工場のオペレータは、後々の生産計画のことを考え、各製品の製造時に用いるタンクをある程度決めていた。割付け優先度行列とは、そのようなジョブ割付け基準を数値に反映した行列である。図１５及び図１６は、本実施例に係る割付け優先度行列を示す図である。図１５及び図１６では、左側欄にタンク番号を示し、上段に製品油種を示している。図中の数値は、「３：必ず割付けられる」、「２：たまに割付けられる」、「１：割付けられない」を表している。
【００９４】
（実験結果）
本実施例では、潤滑油製造工場を対象として生産計画モデルに、上記実施形態で説明したスケジューリング装置を適用した。ここでは、ＣＰＵ：Ｃｅｌｅｒｏｎ（商品名）２ＧＨｚ、メモリ：５１２ＭＢの計算機を使用して数値実験を行った。上述したように、図１０に、実験結果による生産計画のガントチャートが示されている。
【００９５】
本発明のスケジューリング装置では、月間の充填データを約３０分で作成することができた。従来、生産計画担当者が、月間の充填データを作成した場合には、約１５時間かかっていた。また、本発明のスケジューリング装置では、充填データを元に調合データを作成し、設備への割当て計画を作成する場合、約３０分で行うことができた。従来、生産計画担当者が、設備への割当て計画を作成する場合、約６時間かかっていた。これにより、生産計画担当者の１ヶ月の作業時間を約２０時間短縮することが可能となる。すわなち、年間で、約２４０時間の作業時間の短縮を達成することができる。
【００９６】
また、本発明のスケジューリング装置では、週間生産計画において、充填データを元に調合データを作成し、設備への割当て計画を作成する場合、約３０分で行うことができた。従来、生産計画担当者が、設備への割当て計画を作成する場合、約２時間かかっていた。これにより、生産計画担当者の１週間の作業時間を約１時間３０分短縮することが可能となる。すわなち、年間で、約７２時間の作業時間の短縮を達成することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１…潤滑油混合プラント、４…充填装置、５…ドラム缶、６…ローリー、１０…スケジューリング装置、１１…入力部、１２…出力部、２０…電子制御ユニット、２１…スケジュール演算部、３１…制約条件ＤＢ、３２…ジョブＤＢ、３３…製品タンクＤＢ、３４…製品ＤＢ、ＴＡ〜ＴＣ…原料タンク、Ｔ１〜Ｔ４…製品タンク、Ｌ１〜Ｌ６…配管、Ｍｋ…混合装置、Ｍ１…連続処理装置、Ｍ２…バッチブレンダ。
【図１】
2010257407.tif 000012
【図２】
2010257407.tif 000013
【図３】
2010257407.tif 000014
【図４】
2010257407.tif 000015
【図５】
2010257407.tif 000016
【図６】
2010257407.tif 000017
【図７】
2010257407.tif 000018
【図８】
2010257407.tif 000019
【図９】
2010257407.tif 000020
【図１０】
2010257407.tif 000021
【図１１】
2010257407.tif 000022
【図１２】
2010257407.tif 000023
【図１３】
2010257407.tif 000024
【図１４】
2010257407.tif 000025
【図１５】
2010257407.tif 000026
【図１６】
2010257407.tif 000027