(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１基の転炉と複数の精錬設備及び連続鋳造設備とを備え、多品種の連々鋳セットをそれぞれ複数の製造工程を経て生産するための計画を作成する生産計画作成方法において、
精錬、鋳造設備の通過工程、精錬設備、鋳造設備での所要時間、各設備間の移動時間の製造上の制約条件を含む連々鋳セットのデータを記憶した記憶手段から前記連々鋳セットのデータを読込む連々鋳セット・データ入力ステップと、
前記連々鋳セット・データ入力ステップで読み込んだ連々鋳セットのデータを、製造設備及び連々鋳セットの成分に係る制約条件に基づいてグループに分類し、前記グループの相互で前後に配置可能か否かの情報を有するテーブルを予め設定し、前記テーブルに基づいて、前後に配置可能なグループから連々鋳セットを抽出して、連々鋳セットの順序を決定し、その連々鋳セットの順序に基づいて各製造設備での処理開始時刻を決定して連々鋳セットの製造スケジュールを作成し、その製造スケジュールが転炉の出鋼杯数、精錬設備での待ち時間、出鋼時刻指定材の出鋼時刻の基づく評価基準が、予め設定されている評価基準を満たしているときにそれを生産計画の候補と算出する演算処理ステップと、
前記演算処理ステップによる演算結果を表示又は印刷する演算結果出力ステップと
を備え、
各前記ステップが計算機により実行されることを特徴とする生産計画作成方法。
【請求項２】
前記前後に配置可能なグループから連々鋳セットを抽出して製造順序を決める際に、該当するグループ内の連々鋳セットと既に決められている連々鋳セットとが同一の転炉において製造時期が重複する転炉ラップの総和を前記該当するグループ内の連々鋳セットのチャージ数で割った値として定義される重なり具合を求め、前記重なり具合が小さい方の上位所定数の連々鋳セットの内から任意の連々鋳セットを候補として求める、という処理を繰り返して製造順序を決めることを特徴とする請求項１記載の生産計画作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多品種の製造ロットをそれぞれ複数の製造工程を経て生産するための計画を作成するための生産計画作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鋼生産計画は、生産性向上、製造コスト低減及び高品質製品製造を実現するために、製造ロットの納期、各プロセスでの処理の制約、製造ロットの鋼種の成分、及び成分量に依存したプロセスの制約に基づいて、熟練者が試行錯誤しながら処理のタイミングを決定している。即ち、計画策定の熟練者が、計画策定上の制約条件を守りながら、納期を満足するように製造の順番を決定している。ところが、製造鋼種や高品質な製品の増加に伴う製造順番に関する制約条件の増加及び厳密化によって、熟練者が計画作成を行うときの負荷が増大している。このため、計画を策定する際に、制約を満足することだけに注意が向けられがちになり、作成された計画の最適性が不十分な場合も多かった。そこで、自動的に計画を策定し、しかも最適性を実現しようとする手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平８−３０５７６３公報では、製造順番に関する決められた規則に基づいて初期スケジュールを作成し、次いで初期スケジュールを基準に予め定められた評価式が最良となるように、試行錯誤アルゴリズムを用いて初期スケジュールを改善する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平８−３０５７６３公報による方法では、製造順番に関する決められた規則に基づいて初期スケジュールを作成し、その初期スケジュールに基づいて試行錯誤アルゴリズムで解を改善する場合には、例えば初期スケジュール内の製造ロットの任意の二つ又は任意の二つのグループを選択し、それぞれを入れ替えることによって新たなスケジュールが作成される。このとき、入れ替え後のスケジュールは、予め与えられた制約条件を満足していなければ、実用的で無くなる。製造鋼種や高品質な製品の増加に伴う製造順番に関する制約条件の増加及び厳密化から、入れ替え対象となる製造ロットを選択するときに、入れ替えを行っても制約条件が満足される組み合わせを選択しなければ、実用的でないスケジュールが多数発生してしまうことになる。
【０００５】
それぞれの製造ロットの製造順に前後関係の制約条件がある場合には、製造ロット同士の入れ替え操作を行うときに、入れ替え後も順番の前後関係の制約条件を満足するような製造ロット同士を探し出さなければならない。また、多数の制約条件を満足するような製造ロットは、一度製造順序が決定されると、入れ替え操作の対象になりにくいため、解の改善につながりにくい。逆に、制約が少ない製造ロットだけが選択されやすく、入れ替え操作の対象となる可能性が高い。このため、製造順が与えられている初期スケジュールの入れ替え操作の自由度が制限され、試行錯誤による探索範囲が限定されてしまい、解の改善が向上しにくいという問題点がある。一方、順序の制約条件を緩和して、入れ替え操作を行ったとしても、入れ替え後の順序が制約条件を満足していない解が発生しやすくなるために、解の改善が進みにくいという問題点がある。
【０００６】
また、前後関係の制約条件を満足するように製造ロットの製造順序をフォワード型で策定する場合には、前に配置されている製造ロットの次に配置できる製造ロットを、すべての材源の中から探索することは効率的でなく、計画策定時間の増大につながるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、最適な計画を自動的に短時間で策定し、オペレータの負荷を軽減することを可能にした生産計画作成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る生産計作成方法は、１基の転炉と複数の精錬設備及び連続鋳造設備とを備え、多品種の連々鋳セットをそれぞれ複数の製造工程を経て生産するための計画を作成する生産計画作成方法において、
精錬、鋳造設備の通過工程、精錬設備、鋳造設備での所要時間、各設備間の移動時間の製造上の制約条件を含む連々鋳セットのデータを記憶した記憶手段から前記連々鋳セットのデータを読込む連々鋳セット・データ入力ステップと、
前記連々鋳セット・データ入力ステップで読み込んだ連々鋳セットのデータを、製造設備及び連々鋳セットの成分に係る制約条件に基づいてグループに分類し、前記グループの相互で前後に配置可能か否かの情報を有するテーブルを予め設定し、前記テーブルに基づいて、前後に配置可能なグループから連々鋳セットを抽出して、連々鋳セットの順序を決定し、その連々鋳セットの順序に基づいて各製造設備での処理開始時刻を決定して連々鋳セットの製造スケジュールを作成し、その製造スケジュールが転炉の出鋼杯数、精錬設備での待ち時間、出鋼時刻指定材の出鋼時刻の基づく評価基準が、予め設定されている評価基準を満たしているときにそれを生産計画の候補と算出する演算処理ステップと、
前記記演算処理ステップによる演算結果を表示又は印刷する演算結果出力ステップと
を備え、そして、各前記ステップが計算機により実行される。
【００１０】
本発明においては、製造ロットを製造上の制約条件ごとにグループに分類し、そして、製造上の制約条件を満たしたグループの中から製造ロットを抽出して製造順番のスケジュールを決定する。このようにして製造ロットを予めグループ化して探索範囲を狭めていることから、余分な探索が削減され、探索効率が向上し、解を迅速に得ることができる。
【００１１】
ここで、製造順を決定する上で必要な制約条件に基づいて、与えられたＮ個の製造ロットに対して、１〜Ｎまでの製造順番を決定するアルゴリズム（試行錯誤アルゴリズム）について説明する（なお、この説明は上記の構成の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。このことは後述の説明においても同様である）。
【００１２】
まず、製造上の制約条件に基づいて、Ｎ個の製造ロットをいくつかのグループに予め分類しておく。１からＩ番目までの製造順が決定されているときに、Ｉ番目の製造ロットがどのグループに属していたかで、次のＩ＋１番目の製造ロットがどのグループであれば、Ｉ＋１番目としての製造ロットとすることができるかを判定することができる。
【００１３】
例えば、次の表１に示すように、製造ロットが予め３つのグループＡ、Ｂ、Ｃに分類され、「○」の部分が探索対象、「×」の部分が探索対象不可を表すものとする。Ｉ番目の製造ロットがＡに属していれば、Ｉ＋１番目の製造ロットは、Ｂ、Ｃのグループの製造ロットから探索する。Ｉ番目の製造ロットがＢに属していれば、Ｉ＋１番目の製造ロットはＡのみのグループの製造ロットから探索する。Ｉ番目の製造ロットがＣに属していれば、Ｉ＋１番目の製造ロットはＢのグループの製造ロットから探索する。この操作をＮ回繰り返すことで、Ｎ個の製造ロットの順序を決定する。
【００１４】
【表１】
0003705009.tif 000002
【００１５】
次に、この順序に基づいて、それぞれの製造ロットの工程の時刻情報を決定する。時刻情報は、設備の制約に基づいて時刻を決定する。時刻情報は設備の制約に基づいて決定される。この製造順序を決定し、時刻情報を与える操作を行うことにより１つの製造スケジュールが作成される。
【００１６】
その製造スケジュールを予め定められた評価基準（一次評価）で評価する。そして、その評価基準を満たすような製造スケジュールを生産計画の候補として所定個数作成する。そして、その中から他の評価基準（二次評価）に基づいて最適なスケジュールを選択する。この最終の選択はアルゴリズムの自動選択でも良いし、オペレータによる選択でも良い。
また、本発明においては、製造ロットの分類のグループを製造設備及び製造ロットの成分に関して分類する。設備と成分で分類することで、製造上の制約条件の主要な部分をおさえることができる。複数の製造ロットを同時に同じ製造設備では、通常処理できないため、製造設備が分類時の対象となる。また、同じ製造設備で、ある成分が非常に濃い製造ロットを処理した後に、成分の薄いものを処理すると、成分の薄い方の製造ロットの成分外れが発生しやすい可能性がある。このため、成分を分類時の対象とする。
例えば、表２に示されるように、製造ロットを予め３つのグループＡ、Ｂ、Ｃの大分類とＳ1、Ｓ2の小分類とする。大分類は製造設備に係る分類、小分類は製造ロットの成分に係わる分類とする。「○」の部分が探索対象、「×」の部分が探索対象不可を表すものとする。
例えば、Ｉ番目の製造ロットが（Ａ，Ｓ1）に属していれば、Ｉ＋１番目の製造ロットは、（Ｂ，Ｓ1）、（Ｂ，Ｓ2）、（Ｃ，Ｓ1）、（Ｃ，Ｓ2）のグループの製造ロットから探索し、（Ａ，Ｓ1）、（Ａ，Ｓ2）からは探索しない。Ｉ番目の製造ロットが（Ｂ，Ｓ1）に属していれば、Ｉ＋１番目の製造ロットは（Ａ，Ｓ1)又は（Ｃ，Ｓ1）のグループの製造ロットから探索し、（Ａ，Ｓ2）、（Ｂ，Ｓ1）、（Ｂ，Ｓ2）、（Ｃ，Ｓ2)からは探索しない。
【表２】
0003705009.tif 000003
上記のように、製造ロットを詳細に設備と成分に分類することにより、むだな探索を省略できることから、探索効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る生産計画作成方法は、前記前後に配置可能なグループから連々鋳セットを抽出して製造順序を決める際に、該当するグループ内の連々鋳セットと既に決められている連々鋳セットとが同一の転炉において製造時期が重複する転炉ラップの総和を前記該当するグループ内の連々鋳セットのチャージ数で割った値として定義される重なり具合を求め、前記重なり具合が小さい方の上位所定数の連々鋳セットの内から任意の連々鋳セットを候補として求める、という処理を繰り返して製造順序を決める。
【００１８】
例えば１からＩ番目までの製造順が決定されているときに、残りのＮ−１個の製造ロットの中からＩ＋１番目の製造ロットを決定する際には、次の候補に該当するグループ（単数又は複数）の中の全て（既に選択された候補を除いて）をＩ＋１番目における候補として抽出する。そして、各候補の転炉と既に配置されている転炉の重なり具合を計算する。重なり具合が小さいものから順に、各候補に順序づけをおこない、上位Ｍ個の中から１つを例えば乱数を用いて選択する。このような処理を繰り返すことによりＮ個の製造ロットの順序を決める。
【００１９】
このような方法を採ることで、最終的に、時刻情報を各連々鋳セットごとに付加したときに、精錬時間の待ち時間を少なくすることができる。また、候補Ｍ個の中から最も重なり具合が小さいものだけを選択していると、スケジュール全体での最適性が狙えないので、上位Ｍ個の中から乱数で選択する。
【００２６】
【発明の実施形態】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る生産計画作成方法の処理過程を示したフローチャートである。計画対象の材源として、連々鋳単位の製造ロットのデータを用意する。具現化方法の一例としては、データは手入力又は通信でデータを計算機に取り込む。本実施形態のアルゴリズムは計算機に予めインストールされており、計算機で演算を行う。演算結果は、計算機画面上又はプリンター上に出力されるものとする。計算機に入力される連々鋳単位の製造ロットのデータには、精錬、鋳造設備の通過ルート、精錬設備、鋳造設備での所要時間、各設備間の移動時間が記憶されている。鋳造される鋼種の成分、精錬設備が他の製造ロットと重複した場合の精錬設備の代換えルートが各製造ロットごとに記憶されている。また、製造ロットがどの品種（厚板、薄板など）であるかも記憶されている。
【００２７】
図１に基づいて演算手順を説明する。
（ステップ１）
計画材源を表３に示されるように分類する。設備操業の制約に基づいた製造順に係わる制約条件を、鋳造設備、精錬設備及び鋼種の３項目から９種類に分類する。それぞれの製造順における前後関係の配置が可能であるものには「○」、不可のものには「×」を表示している。３台の連続鋳造設備はＭ1、Ｍ2、Ｍ3から構成されている。精錬設備はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類から構成されており、 Ａ又はＢの単独、ＣとＢ、又はＣとＤの２つの精錬設備を通過する製造ロットがある。製造される鋼種を成分レンジが緩いＳ1（通常鋼）と成分レンジが厳しいＳ2（清浄鋼）の２種類に分類する。連続鋳造設備では、表３の同一の連続鋳造設備、それぞれＭ1とＭ1、 Ｍ2とＭ2、 Ｍ3とＭ3間では同時に処理できない。
【００２８】
【表３】
0003705009.tif 000004
【００２９】
精錬設備に関する前後関係では、
(１)Ａの後には、Ａ、Ｂ、Ｃ-Ｂ、Ｃ-Ｄのいずれも配置可能。
(２)Ｂの後には、Ａ、Ｃ-Ｄを配置可能。
(３)Ｃ-Ｂの後には、Ａのみ配置可能。ただし、鋳造設備、鋼種によってＢの配置可能な場合がある。
(４)Ｃ-Ｄの後には、 Ａ、Ｂを配置可能
である。
【００３０】
成分レンジが厳しい鋼種Ｓ2がＢの精錬設備で処理されるときに、成分外れを起こさないように、以下の３種類だけがＳ２を処理できる条件である。
(５)Ｂの精錬設備の鍋に付着した鋼を溶かし、Ａの精錬設備で処理されるＳ1鋼      種(Ａ:Ｓ1)をＢの精錬設備で処理した後にＳ2の処理が可能。
(６)直前が同じＳ2を処理(Ｂ:Ｓ2）していれば、次もＳ2の処理が可能。
(７)Ｂの精錬設備を通過しない製造ロット((Ｃ-Ｄ):Ｓ1)の後のＳ2の処理が可能。
【００３１】
（ステップ２）
Ｉ番目までの製造ロットの順序が決定されており、Ｉ＋１番目の製造ロットの順番を決定するときに、Ｉ番目の製造ロットが属していたグループを確認し、Ｉ＋１番目が配置できるグループを表３から確認して材源を用意する。このとき、既にＩ番目以前に選択されている材源は除く。
【００３２】
（ステップ３）
ステップ２で用意された、Ｉ＋１番目に配置できる材源の候補から、製造方針によって、納期、優先度又は乱数などの選択指標を用いて１つを選択する。
【００３３】
（ステップ４）
計画対象の材源すべてが選択されていれば次のステップ５に進む。材源が残っていれば、ステップ２へ戻り次の候補を探索し、すべての材源が無くなるまでステップ２からステップ４の処理を繰り返す。
【００３４】
（ステップ５）
製造ロットの順序に基づいて、転炉の出鋼開始時刻、精錬設備での処理開始時刻及び鋳造設備の処理開始時刻を決定する。このとき、転炉、精錬設備ラップ解消、鋳造間隔などの条件を満足するように時刻情報を決定する。
【００３５】
ここで、製造ロットの連々鋳セットの概念及び転炉のラップ解消の例について説明することで、ステップ５の処理の具体例を説明する。
【００３６】
図２は連々鋳セットの概念図である。製造ロットの連々鋳セットは、転炉での吹錬処理が終了すると鍋で精錬設備、連続鋳造設備へと流れて処理される一連のセットであり、転炉、精錬設備及び連続鋳造設備の通過工程をもっている。このとき、連続鋳造設備においては転炉からの溶鋼が連続して供給されるようにする。このため、転炉の処理は図示のように一定の時間間隔をおいたものとなる。なお、図２の水平部分の線分は処理時間を表しており、傾斜した線分が移動時間を表している。また、図２の例では転炉が２チャージの例であるが、製造ロットによっては１チャージ、３チャージ…等になる場合もある（図３参照）
【００３７】
図３は転炉のラップ解消の例を示した図である。図３（Ａ）は、連々鋳セット１〜３の順序から順に連々鋳セットを配置するとき、連々鋳セット１の転炉と転炉の間に、連々鋳セット２の転炉を挿入しようとしても、間隔が転炉の処理時間よりも短いため、矢印↓で示すように、転炉の部分がラップする。同様に、連々鋳セット２の後に連々鋳セット３を置く場合でも同様である。このため、図３（Ｂ）に示すように、転炉のラップを解消し、しかも連々鋳が維持できるように配置するために、精錬設備の開始前に待ち時間(図中の□)を与えて整合を取り、実用可能なスケジュールを作成する。なお、図３（Ｂ）においては連々鋳セット１〜３しか図示されていないが、この段階においては１日分の連々鋳セットが選択されている。
【００３８】
（ステップ６：一次評価)
製造ロットの順序と各設備の処理開始時刻が決定された後に、
（８)転炉の出鋼杯数
（９）精錬設備での待ち時間
（10）出鋼時刻指定材の出鋼時刻
が、予め与えられた許容範囲内であれば、計画結果の解の１候補となる。そして、次のステップ７へ進む。
【００３９】
（ステップ７）
予め設定されている解の個数であれば、次のステップ８へ進む。そうでなければ、新たな解を作成するために、ステップ２へ進む。
【００４０】
（ステップ８：二次評価)
予め設定されている個数の計画結果の解の中から、下記の項目が予め定められた範囲内に収まっているかを評価して、最適な計画結果として選択し、スケジュール結果とする。
（11)品種バランス
（12)所定時間単位におけるバランス
（13)精錬設備バランス
【００４１】
ここで、品種バランスとは１日の内の各品種のチャージが所定の範囲に入っているかどうかをみるためのものであり、例えば薄板：１５±α、厚板：１０±α、管材：５±αの範囲になっているかどうかについてみる。所定時間単位におけるバランスとは、例えば８時間を単位としたときに、１日の各単位における設備稼働率、出鋼量等のバランスである。また、精錬バランスとは、複数の精錬設備の稼働率の均一化を把握するためのものであり、各精錬設備が均一に稼働していない場合には排除することになる。
【００４２】
実施形態２．
上記の実施形態１のステップ３に対応する他の処理方法を本発明の実施形態２として説明する。
【００４３】
図４は計画済みのスケジュールの次から配置できる連々鋳セットを計画対象の製造ロットから探索した例を示した図である。ここでは、選択済みの連々鋳セット１，２の次の連々鋳セットの候補１〜３がケース１〜３のような形態で選択されている。なお、図３の精錬設備及び連続鋳造設備はそれぞれ複数設備されており、縦方向に異なる位置にあるものは異なった設備であるものとする（例えばケース１の選択済みの連々鋳セット１，２の精錬設備及び連続鋳造設備はそれぞれ異なっている。）。
【００４４】
上記の候補の転炉と既に配置されている転炉の重なり具合を計算する。ケース１〜３の場合の重なり具合は、図３に示されるように、それぞれの候補１〜３が選択済み２と、転炉で重なっている部分の候補ごとの総和を候補の連々鋳セットのチャージ数で割ったものとする。具体的な候補１〜３の重なり合は、式（１）〜（３）となる。
【００４５】
(候補１の重なり具合)=(転炉ラップ部分１の総和)／３  …（１）
(候補２の重なり具合)=(転炉ラップ部分２の総和)／３  …（２）
(候補３の重なり具合)=(転炉ラップ部分３の総和)／１  …（３）
【００４６】
上記のようにしてすべての候補の転炉の重なり具合を算出し、重なり具合が小さい順から上位のＭ個までを残し、そのＭ個から例えば乱数を用いて1つを選択する。
【００４７】
なお、上述の実施形態１，２はいずれも連続鋳造についての例であるが、本発明は、それに限定されるものではなく、多品種の製造ロットをそれぞれ複数の製造工程を経て生産するようなものであれば対象となる。
【００４８】
【実施例】
図５は上述の実施形態１に対応した実施例によって求められた製造スケジュールのタイミングチャートである。なお、実施形態１においては図５のタイミングチャートが所定数求められることになる。本実施例では、連々鋳セット：Ａ０１〜Ａ０４、Ｂ０１〜Ｂ０３、Ｃ０１、Ｄ０２、Ｄ０３の合計１０セット、転炉は１基、精錬設備は１０設備、連続鋳造設備は３基である。スケジュールの範囲は、２４時間分のスケジュールであり、前日の連々鋳セットＤ０１の状態を考慮しながら１日分のスケジュールが作成されている。図中の□は、待ち時間を表す。実施例の結果は、オペレータが作成したスケジュールに比べ、出鋼杯数が同じで、精錬設備での待ち時間を短縮することができた。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、製造ロットを予め設定されている製造上の制約条件ごとにグループに分類し、製造条件を満たしたグループから製造ロットを抽出して製造順序を決め、予め設定されている時間に係る制約条件に基づいて、製造順序が決められた製造ロットの製造工程の時刻情報を決定して製造スケジュールを作成し、そして、その製造スケジュールが予め設定されている評価基準を満たしているときにそれを生産計画の候補とするようにしたので、材源が多い場合の生産計画作成においても、その探索範囲を絞ることで短時間に且つ最適な計画を自動的に策定し、また、オペレータの負荷を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る生産計画作成方法の処理過程を示したフローチャートである。
【図２】連々鋳セットの概念図である。
【図３】図１の処理において計画済みのスケジュールの次から配置できる連々鋳セットを計画対象の製造ロットから探索した例を示した図である。
【図４】図１の処理において転炉のラップ解消の例を示した図である。
【図５】本発明の実施例により作成された製造スケジュールのタイミングチャートである。
【図１】
0003705009.tif 000005
【図２】
0003705009.tif 000006
【図３】
0003705009.tif 000007
【図４】
0003705009.tif 000008
【図５】
0003705009.tif 000009