(57)【要約】【課題】配合計画とヤード配置計画との双方を連携させることにより、実行可能な範囲でコストを最小化する配合計画とヤード計画とを作成する計画作成装置および計画作成方法を提供する。【解決手段】計画作成装置は、原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成部と、前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成部と、を備える。【選択図】図４
2019028845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成部と、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成部と、
を備える、計画作成装置。
【請求項２】
前記ヤード配置計画が実行不可能である場合、前記配合計画または前記ヤード配置計画の作成に用いられた条件を修正する修正部をさらに備える、請求項１に記載の計画作成装置。
【請求項３】
前記配合計画作成部または前記ヤード配置計画作成部は前記修正部による修正内容に基づき、それぞれ配置計画またはヤード配置計画を作成する、請求項２に記載の計画作成装置。
【請求項４】
前記配置計画作成部による配置計画および前記ヤード配置計画作成部によるヤード配置計画の作成と、前記修正部による条件の修正とを繰り返すことにより、実行可能なヤード配置計画を作成する、請求項３に記載の計画作成装置。
【請求項５】
前記条件の修正は、原料の受入場所の変更、原料のヤードからの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のうち、１つ以上を含む、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項６】
前記条件の修正の入力を受け付けるインタフェースをさらに備える、請求項５に記載の計画作成装置。
【請求項７】
前記修正部は、前記原料の受入場所を、前記インタフェースにおいて入力されたスペースに変更する、請求項６に記載の計画作成装置。
【請求項８】
前記ヤード配置計画作成部は、前記受入場所が変更されると、当該受入場所を変更された原料の受入日以降のヤード配置計画を再度作成する、請求項７に記載の計画作成装置。
【請求項９】
前記作成されたヤード配置計画が実行可能か否かを判定し、実行可能であると判定した場合に当該ヤード配置計画を出力する、判定・出力部をさらに備える、請求項２乃至請求項８のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１０】
前記配合計画作成部は、配合する原料のコストと該原料の払出し量の変動を目的関数とする最適化問題を解くことにより、前記配合計画を作成する、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１１】
前記配合計画作成部は、前記最適化問題を、設備の能力または生産計画に基づいて定められる制約条件の元で解く、請求項１０に記載の計画作成装置。
【請求項１２】
前記入力データは、鉄鉱石の入荷予定日および入荷予定量、成分、コスト、ヤードの在庫量および現況、装入する副原料として配合する原料の成分、コスト、高炉の出銑予定量、塊鉱石の払出可能量、焼結鉱の生産予定量、計画期間、受入機および払出機の能力および稼働時間のうち、１つ以上を含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１３】
計画作成装置により実行される計画作成方法であって、
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成ステップと、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成ステップと、
を含む、計画作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制約条件を満たした上で目的関数が最適となる原料の配合計画と、原料を保管するヤードにおけるヤード配置計画の作成装置及び作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鉄プロセスでは、各工程における生産計画、物流計画の最適化・立案自動化が進められている。原料工程には、原料を積載した船舶から荷役した原料をどのヤードに積み付けるかを決めるヤード配置問題、ヤードやパイル上の原料をどのベルトコンベア系列を用いていつ払い出すかを決める原料搬送問題、高炉に装入する原料の配合を決める原料配合問題などの計画問題がある。
【０００３】
原料配合問題の一つに鉄鉱石や副原料の配合問題がある。この鉱石配合問題は、高炉の要求する性状制約などの制約条件を満たした上でコスト最小となるような各銘柄の配合割合を考える問題である。
【０００４】
原料配合問題に基づいて原料の配合が決定すると、ヤードからパイルに払い出す銘柄とその払出量が決まる。この払出量と、ヤードの初期状態と、原料の受入計画とを入力として、ヤードのどの場所に原料を積み付けるか、どの積み付け山から払い出すかを決定する問題がヤード配置問題である。
【０００５】
従来、これらの計画の作成を支援する装置が知られている。例えば、特許文献１には、ヤードにおける原料の配置計画の作成を支援する装置が開示されている。また、特許文献２には、原料の配合計画の作成を支援する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５６０１２６３号明細書
【特許文献２】特許第４４７８１９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
原料の配合と、ヤードにおける原料の配置とは、本来密接に絡み合うため、同時に考慮するのが好ましい。しかしながら、特許文献１と特許文献２とは、それぞれヤードにおける原料の配置と、原料の配合とについて、個別に計画するための装置であり、これらを同時に考慮して計画を作成するものではない。
【０００８】
このため、特許文献１及び特許文献２に開示された発明において、コスト最小となる原料の配合が決定しても、その配合に必要な原料の配置場所によっては、最適配合を実現するための原料のヤードからの払出しができない場合が発生するなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、配合計画とヤード配置計画との双方を連携させることにより、実行可能な範囲でコストを最小化する配合計画とヤード配置計画とを作成する計画作成装置および計画作成方法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】
【００１０】
上記課題は、以下に示す本発明によって解決できる。
【００１１】
［１］
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成部と、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成部と、
を備える、計画作成装置。
［２］
前記ヤード配置計画が実行不可能である場合、前記配合計画または前記ヤード配置計画の作成に用いられた条件を修正する修正部をさらに備える、上記［１］に記載の計画作成装置。
［３］
前記配合計画作成部または前記ヤード配置計画作成部は前記修正部による修正内容に基づき、それぞれ配置計画またはヤード配置計画を作成する、上記［２］に記載の計画作成装置。
［４］
前記配置計画作成部による配置計画および前記ヤード配置計画作成部によるヤード配置計画の作成と、前記修正部による条件の修正とを繰り返すことにより、実行可能なヤード配置計画を作成する、上記［３］に記載の計画作成装置。
［５］
前記条件の修正は、原料の受入場所の変更、原料のヤードからの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のうち、１つ以上を含む、上記［２］乃至［４］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［６］
前記条件の修正の入力を受け付けるインタフェースをさらに備える、上記［５］に記載の計画作成装置。
［７］
前記修正部は、前記原料の受入場所を、前記インタフェースにおいて入力されたスペースに変更する、上記［６］に記載の計画作成装置。
［８］
前記ヤード配置計画作成部は、前記受入場所が変更されると、当該受入場所を変更された原料の受入日以降のヤード配置計画を再度作成する、上記［７］に記載の計画作成装置。
［９］
前記作成されたヤード配置計画が実行可能か否かを判定し、実行可能であると判定した場合に当該ヤード配置計画を出力する、判定・出力部をさらに備える、上記［２］乃至［８］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１０］
前記配合計画作成部は、配合する原料のコストと該原料の払出し量の変動を目的関数とする最適化問題を解くことにより、前記配合計画を作成する、上記［１］乃至［９］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１１］
前記配合計画作成部は、前記最適化問題を、設備の能力または生産計画に基づいて定められる制約条件の元で解く、上記［１０］に記載の計画作成装置。
［１２］
前記入力データは、鉄鉱石の入荷予定日および入荷予定量、成分、コスト、ヤードの在庫量および現況、装入する副原料として配合する原料の成分、コスト、高炉の出銑予定量、塊鉱石の払出可能量、焼結鉱の生産予定量、計画期間、受入機および払出機の能力および稼働時間のうち、１つ以上を含む、上記［１］乃至［１１］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１３］
計画作成装置により実行される計画作成方法であって、
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成ステップと、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成ステップと、
を含む、計画作成方法。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、配合計画とヤード配置計画との双方を連携させることにより、実行可能な範囲でコストを最小化する配合計画とヤード配置計画とを作成する計画作成装置および計画作成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】鉄鉱石が高炉に装入されるまでの処理フローを示す概略図である。
【図２】鉱石ヤードの一例を示す概略図である。
【図３】鉱石ヤードにおける原料の積付けの様子を示す概略図である。
【図４】計画作成装置および上位システムの構成例を示す図である。
【図５】ヤード配置計画作成部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】ヤード配置計画作成部が実行する処理について説明する概念図である。
【図７】鉱石ヤードにおける山の数の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、鉄鉱石が高炉に装入されるまでの処理フローを示す概略図である。図１において、２０１はバース、２０２は鉱石ヤード、２０３は鉱石パイル、２０４は焼結機、２０５は高炉をそれぞれ表す。
【００１６】
バース２０１に入船した船舶（原料船）に積載された高炉の原料である鉄鉱石は、受入機を用いて原料船から荷役され、鉱石ヤード２０２と呼ばれる貯蓄場所に積み付けられる。受入機は、例えばアンローダと呼ばれる荷役機器である。鉄鉱石は、産出される鉱山によって含有成分が大きく異なるため、鉱石ヤード２０２に積み付けられた後、焼結鉱の硬度等の品質、高炉に投入される全鉄鉱石の性状指標を考慮して所望の成分になるように配合され、鉱石パイル２０３に払い出される。鉄鉱石等の原料は、例えば払出機を用いて鉱石ヤード２０２から払い出される。
【００１７】
図２は、鉱石ヤードの一例を示す概略図である。図２に示すように、鉱石ヤード２０２は、複数のヤードを備える。図２に示す例では、鉱石ヤード２０２は、第１ヤード２０２ａ、第２ヤード２０２ｂ、第３ヤード２０２ｃおよび第４ヤード２０２ｄという４つのヤードを備える。各ヤード２０２ａ乃至２０２ｄに隣接して、受入機２１０および払出機２１１が配置されている。
【００１８】
各受入機２１０および払出機２１１は、各ヤード２０２ａ乃至２０２ｄに沿って移動可能に構成されている。本明細書において、受入機２１０および払出機２１１が移動可能な領域を、それぞれ受入機稼働域および払出機稼働域という。受入機２１０および払出機２１１は、それぞれ隣接するヤードに対し、原料の積付けおよび払出しの作業を行うことができる。受入機２１０および払出機２１１は、それぞれ設置場所に面しているヤードに対して作業を行うことができる。
【００１９】
原料船に積載されて運搬されてきた原料は、銘柄毎および受入日毎に分けて、図２に示すように、鉱石ヤード２０２に山状に積みつけられる。原料船に積載された原料は、例えばベルトコンベアで受入機２１０まで運ばれて、受入機２１０によって鉱石ヤード２０２に積み付けられる。鉱石ヤード２０２に十分な受入可能なスペースがなければ、原料の受入場所を確保するために、原料の荷役時間が長くなる。荷役時間が長引けば、原料船を、より長い時間バース２０１に滞在させることが必要となる。しかしながら、通常、原料船を所定時間以上バース２０１に滞在させると、滞船料と呼ばれる追加費用が請求される。そのため、原料船の到着前に予め受入スペースを確保することで滞船料を削減することが求められる。
【００２０】
図３は、鉱石ヤード２０２における原料の積付けの様子を示す概略図である。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とにおける原料の在庫量は等しいとする。図３（Ａ）は、同一銘柄で同一受入日の原料が１つの山として積み付けられた様子を示し、図３（Ｂ）は、同一銘柄で同一受入日の原料が複数の山として積み付けられた様子を示している。例えば図３（Ｂ）に示すように、同一銘柄で同一受入日の原料を複数の山として積み付けた場合、デッドスペースが増え、新たな原料の受入可能スペースが減少する。そのため、ヤード効率が悪化する。これに対し、例えば図３（Ａ）に示すように、同一銘柄で同一受入日の原料を１つの山として積み付けた場合、原料の量が同一であったとしても、複数の山として積み付けた場合と比較して、新たな原料を受け入れるためのスペースを確保することができる。そのため、原料の受け入れに際しては、可能な限り大きな山で原料を配置することが望ましい。本実施形態では、後述する計画作成装置が作成した配合計画およびヤード配置計画に基づいて、鉱石ヤード２０２に原料を受け入れて山状に積み付ける際、どのスペースに受け入れるか、および、同一銘柄をいくつの山として受け入れるか（つまり、１つの山として積み付けるか、複数の山として積み付けるか等）が決定される。
【００２１】
再び図１を参照すると、鉱石ヤード２０２に銘柄毎および受入日毎に分けて積み付けられた山は、ヤード配置計画の一部に包含される払出計画に基づいて、払出機により、鉱石パイル２０３に払い出される。この際、種々の性状を有する多種類の原料を混合して払い出し、混合後の品質および性状を一定範囲内に収めることが求められる。すなわち、各銘柄の払出量は配合計画に基づいて決定される。配合計画においては、コストが重要な指標の１つとして判断される。すなわち、配合計画においては、原料の払出しにおいて、原料の購入コスト、および製品の製造コスト等を可能な限り低くすることが求められる。さらに、配合計画の作成においては、原料の在庫が切れないように、配合割合を変化させながら、複数日に亘る配合計画を作成することが求められる。また、各銘柄の払出量は配合計画によって定められるが、払出しに用いる払出機には能力および稼働時間の制限がある。そのため、配合計画は、払出機の能力および稼働時間の制限の範囲内で実行可能な計画でなければならない。仮に配合計画通りに払出しできない場合、予め計画した銘柄と異なる銘柄を急遽払出したりする必要が生じる。すると、配合後の諸成分が大きく変動する可能性がある。その結果、高炉の操業状況が悪化し、製造コストが悪化し得る。そのため、予め配合計画が実行可能なように山を配置したり、現在の山の配置で実行可能な配合計画を作成したりすることが求められる。
【００２２】
鉱石パイル２０３に払い出された鉄鉱石のうち、高炉の通気性に悪影響を及ぼし得る粉鉱石は、焼結機２０４に払い出され、焼き固められて焼結鉱となり、高炉２０５に払い出される。鉱石パイル２０３に払い出された鉄鉱石のうち、塊鉱石および処理鉱（例えばペレットまたは輸入焼結鉱等）は、そのまま高炉２０５に払い出される。
【００２３】
本実施形態に係る計画作成装置は、鉱石ヤード２０２から鉱石パイル２０３に鉱石を払い出す際の計画作成に対して、適用可能である。
【００２４】
図４は計画作成装置３００および上位システム４００の構成例を示す図である。図４において、３０１は入力データの取り込み部、３０２は配合計画作成部、３０３はヤード配置計画作成部、３０４は判定・出力部、３０５は修正部、３０６は修正情報反映部、３０７は各プロセスのデータ出力部、３０８はプロセスコンピュータ、３０９はビジネスコンピュータをそれぞれ表す。
【００２５】
本発明に係る計画作成装置３００は、主に、入力データの取り込み部３０１、配合計画作成部３０２、ヤード配置計画作成部３０３、判定・出力部３０４、修正部３０５、および修正情報反映部３０６から構成される。
【００２６】
入力データの取り込み部３０１は、原料の受入れおよび払出しに関するデータを取り込む。入力データの取り込み部３０１には、例えば、鉄鉱石の入荷予定日および入荷予定量、成分、コスト、鉱石ヤード２０２の在庫量および現況、装入する副原料として配合する原料の成分、コスト、高炉の出銑予定量、塊鉱石の払出可能量、焼結鉱の生産予定量、計画期間、受入機および払出機の能力および稼働時間のうち１つ以上を含む、各種の入力データが取り込まれる。
【００２７】
各種の入力データは、図１で示したバース２０１、鉱石ヤード２０２、鉱石パイル２０３、焼結機２０４、高炉２０５といった各プロセスのデータ出力部３０７から、さらにビジネスコンピュータ３０９からプロセスコンピュータ３０８を経由して、入力データの取り込み部３０１に送られる。
【００２８】
配合計画作成部３０２は、入力データの取り込み部３０１から取り込まれた入力データに基づいて原料の配合計画を作成する。例えば、配合計画作成部３０２は、在庫量の上下限に関する在庫制約、配合後の性状に関わる性状制約、および操業上の制約である製造目標制約の元で、配合の原料コストと配合の変動を最小化する最適化問題を解き、最適解を得ることによって、配合計画を作成する。配合計画作成部３０２は、例えば数日毎の配合計画を作成する。配合計画作成部３０２が処理する最適化問題の詳細については、後述する。
【００２９】
ヤード配置計画作成部３０３は、配合計画作成部３０２で得られた配合計画を日々の払出し作業に変換し、入力データの取り込み部３０１から得られた、配船、鉱石ヤード２０２の在庫量および現況、受入機および払出機の能力および稼働時間等に関するデータを元に、鉱石ヤード２０２における原料の配置計画（ヤード配置計画）を作成する。配合計画作成部３０２は、例えば数日毎の配合計画を作成しており、ヤード配置計画作成部３０３は、作成された数日分の配合計画における全体の配合を日数で等分した配合量を、日々の払出量と決定する。ヤード配置計画作成部３０３は、受入機および払出機の修理計画やヤードのレイアウトによっては、払出量を日ごとに均等に配分せず、数日分の払出量が一定の状態で保存されるように、日ごとの払出量を変動させることも可能である。ヤード配置計画作成部３０３が実行するヤード配置計画の作成処理の詳細については、後述する。
【００３０】
判定・出力部３０４は、ヤード配置計画作成部３０３で得られたヤード配置計画が実行可能か否かを判定する。ここで、判定・出力部３０４は、求められた払出量が各ヤードの払出機の能力などに基づき、実際払出可能な量か否かを判定することにより、実行可能か否かを判定する。また、判定・出力部３０４は、ヤードの修理の計画等により、受入機または払出機が稼働できない時間がある場合に、当該稼働できない時間を考慮して、ヤード配置計画が実行可能か否かを判定する。判定・出力部３０４は、作成されたヤード配置計画が実行可能であると判定すると、配合計画作成部３０２で作成された配合計画およびヤード配置計画作成部３０３で作成されたヤード配置計画を、計算結果として上位システム４００のプロセスコンピュータ３０８に送る。判定・出力部３０４は、作成されたヤード配置計画が実行不可能であると判定すると、修正部３０５に進む。
【００３１】
修正部３０５は、判定・出力部３０４で実行不可能であると判定された計画の作成に使用された条件を修正する。この際、修正部３０５は、条件の修正として、例えば、原料の受入場所の変更、原料の鉱石ヤード２０２からの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のいずれかを実行する。ただし、修正する内容は、これらに限られない。
【００３２】
修正情報反映部３０６は、修正部３０５が修正した情報を元に、修正した内容に応じて配合計画作成部３０２あるいはヤード配置計画作成部３０３に戻る。計画作成装置３００は、このようにして、実行可能な解を得るまで配合計画の作成およびヤード配置計画の作成を繰り返す。
【００３３】
例えば、修正部３０５は、原料の受入場所の変更、原料の鉱石ヤード２０２からの払出山の変更、または受入機および払出機の稼働時間の変更を実行する。この場合、修正情報反映部３０６は、修正された内容を反映させて、ヤード配置計画作成部３０３に戻る。ヤード配置計画作成部３０３は、修正された内容で、再度ヤード配置計画を作成する。判定・出力部３０４は、修正されたヤード配置計画が実行可能か否かを判定する。判定・出力部３０４で、修正されたヤード配置計画が、実行不可能であると再度判定された場合、修正部３０５は、さらに計画を修正する。
【００３４】
修正部３０５は、例えば、ヤードの配置の修正により実行可能な解が得られない場合、配合計画に関する条件の変更を実行する。この場合、修正情報反映部３０６は、修正した内容を反映させて、配合計画作成部３０２に戻る。配合計画作成部３０２は、修正された内容で、再度配合計画を作成する。この場合、ヤード配置計画作成部３０３は、修正された配合計画に基づいて、再度ヤード配置計画を作成する。判定・出力部３０４は、修正された配合計画およびヤード配置計画が実行可能か否かを判定する。このように、計画作成装置３００は、計画と修正を繰り返して、実行可能な解を求める。
【００３５】
上述の計画作成装置３００は、コンピュータで構成され、一つのコンピュータで構成されても、それぞれ別のコンピュータで構成されて情報の授受をさせるように構成されてもよい。そして、後述する求解方法の処理については、コンピュータに実装するコンピュータプログラムにて実行する。さらに、コンピュータプログラムは、ＣＤ、磁気テープなどの記録媒体に記録し読み取り可能とするようにするとよい。
【００３６】
ここで、配合計画作成部３０２が処理する最適化問題の詳細について説明する。配合計画作成部３０２は、例えば下式（１）に示される最適化問題の目的関数を最小化する最適解を算出することにより、配合計画を作成する。配合計画作成部３０２は、下式（１）の最適解を、配合計画として、ヤード配置計画作成部３０３に送る。
【００３７】
【数１】
2019028845.tif 000003
【００３８】
上式（１）において、ｘi,mは配合する原料の量であり、前述のように数日分（日数は予め定め、５日程度を想定しているが、これに限定されない）の量である。ｍ（＝１，・・・，Ｍ）は計画を作成する期間である。
【００３９】
配合計画作成部３０２は、上式（１）を用いて、ｘi,mの期間のＭ倍の日数分の計画を評価する。配合計画作成部３０２は、例えばトータル１月程度の計画を立てることを想定できるが、この期間に限定されるものではない。上式（１）においてｉ（＝１，・・・，Ｎ）は配合する原料の銘柄である。また、ｃは配合する原料の単価（例えば単位重さあたりのコスト）であり、ｕは重み係数である。
【００４０】
上式（１）において、第１項は、各原料のコストを表し、第２項は、計画単位期間毎の払出量の変化を表している。製鉄業では日々の払出量が大きく変動すると操業トラブルの元になるため、日々の配合量の乖離が少ないほうが望ましい。そこで、本実施形態における上式（１）では、鉱石のコストに加えて、操業上のペナルティーとして、計画単位期間毎の払出量の変化を加えて、目的関数としている。
【００４１】
配合計画作成部３０２は、上式（１）で示される目的関数を、所定の制約条件の元で解く。所定の制約条件は、例えば設備の能力または生産計画等に基づいて適宜定めることができる。本実施形態では、配合計画作成部３０２は、例えば在庫制約、性状制約、および製造目標制約という３つの制約条件の元で、最適化問題を解く。
【００４２】
在庫制約は、原料の在庫量に関する制約条件である。在庫制約は、例えば下式（２）に示す式で与えられる。
【００４３】
【数２】
2019028845.tif 000004
【００４４】
上式（２）において、ｓは、原料の在庫量であり、すなわち鉱石ヤード２０２に積み付けられている量である。上式（２）は、配合される原料の量ｘが在庫量ｓ以下であることを示す。
【００４５】
性状制約は、配合される原料の成分に関する条件である。性状制約は、高炉に装入する鉄鉱石のほか副原料に関する条件を含んでよい。副原料は、例えば石灰石（ＣａＣＯ3）およびブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ）2）等である。性状制約は、例えば下式（３）に示す式で与えられる。
【００４６】
【数３】
2019028845.tif 000005
【００４７】
上式（３）において、ｚm,jは配合される原料（例えば副原料）に含まれる成分ｊの量を示す。また、上式（３）において、Ｌjは区間ｍにおける成分ｊの下限を示し、Ｕjは区間ｍにおける成分ｊの上限を示す。
【００４８】
なお、性状制約は、原料である鉄鉱石、副原料に含まれる所定の成分に関する条件を示す。所定の成分は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2）等である。
【００４９】
製造目標制約は、製品の目標製造量に関する制約条件である。製造目標制約は、例えば原料である鉄鉱石の量により表される。製造目標制約は、例えば下式（４）に示す式で与えられる。
【００５０】
【数４】
2019028845.tif 000006
【００５１】
上式（４）において、Ｐmは、期間ｍにおいて必要となる、配合された原料の量であり、高炉の生産量などから決まる。上式（４）は、計画期間において配合される原料（鉄鉱石や副原料）の量が、当該計画期間における目標製造量の製品を生産するために必要な原料の量以上であることを示す。
【００５２】
製造目標制約は、例えば鉄鉱石の種別毎に定められていてもよい。例えば、製造目標制約は、塊鉱石、処理鉱、および焼結鉱（または焼結鉱を製造するために用いられる粉鉱石）について、それぞれ定められていてもよい。
【００５３】
本実施形態では、配合計画作成部３０２は、在庫制約、性状制約、および製造目標制約という３つの制約条件の元で、最適化問題を解くと説明したが、制約条件は、これらに限られない。配合計画作成部３０２は、例えば他の制約条件を用いて最適化問題を解いてもよい。配合計画作成部３０２は、例えば、鉄鉱石の種別毎の割合に関する制約条件を用いて最適化問題を解いてもよい。鉄鉱石の種別毎の割合に関する制約条件は、配合される原料における、塊鉱石と、処理鉱と、焼結鉱（または焼結鉱を製造するために用いられる粉鉱石）との割合（比率）に関する条件である。鉄鉱石の種別毎の割合に関する制約条件は、例えば原料が装入される高炉の仕様によって定めることができる。
【００５４】
配合計画作成部３０２は、市販のソルバやメタヒューリスティックスを用いて、上述した制約条件の元で上式（１）示す目的関数を最小にする原料の量ｘを求めることにより、最適解を得る。配合計画作成部３０２は、算出した最適解をヤード配置計画作成部３０３に送る。
【００５５】
ヤード配置計画作成部３０３は、入力データの取り込み部３０１から入力データを受け取り、配合計画作成部３０２で作成された配合計画を一日毎の払出計画に変換して、ヤード配置計画を作成する。ヤード配置計画作成部３０３は、ヤード配置計画を作成可能な任意のアルゴリズムを用いることができる。
【００５６】
ここで、本実施形態に係るヤード配置計画作成部３０３が実行するアルゴリズムについて説明する。本実施形態では、ヤード配置計画作成部３０３は、一例として、第ｎ日から第ｎ＋４日までの５日間のヤード配置計画を作成するとして説明する。
【００５７】
図５は、ヤード配置計画作成部３０３が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図６は、ヤード配置計画作成部３０３が実行する処理について説明する概念図である。
【００５８】
まず、ヤード配置計画作成部３０３は、入力データの取り込み部３０１から、第ｎ日に受け入れる原料に関する情報と、ヤードの現況に関する情報とを受け取る（ステップＳ１１）。
【００５９】
ヤード配置計画作成部３０３は、第ｎ日に受け入れる原料の受入量に基づき、鉱石ヤード２０２における空きスペースのうち、当該原料を受入れ可能なスペースを、所定の箇所数抽出する（ステップＳ１２）。ヤード配置計画作成部３０３は、当該原料の受入量を受け入れるために必要な大きさ以上の広さ（要求スペース）を有し、かつ要求スペースに近い大きさのスペースを抽出する。ここでは、ヤード配置計画作成部３０３は、当該原料を受入れ可能なスペースを３箇所抽出するとする。つまり、ヤード配置計画作成部３０３は、原料を受入れ可能なスペースを、要求スペースに近い順に３箇所抽出する。
【００６０】
すなわち、ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１２において、例えば図６に示すように、第ｎ日に受け入れる原料５００を受入れ可能な３つのスペースＡ、ＢおよびＣを抽出する。
【００６１】
次に、ヤード配置計画作成部３０３は、第ｎ日に受け入れる原料を、抽出した３つのスペースにそれぞれ受け入れた場合を試行し、日付を１日進める（ステップＳ１３）。
【００６２】
ヤード配置計画作成部３０３は、第ｎ＋１日に受け入れる原料の受入量に基づき、鉱石ヤード２０２における空きスペースのうち、当該原料の要求スペースを有し、かつ要求スペースに最も近い大きさのスペースに原料を受け入れた場合を試行し、日付を１日進める（ステップＳ１４）。
【００６３】
すなわち、ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４において、例えば図６に示すように、第ｎ＋１日に受け入れる原料５０１を、鉱石ヤード２０２における空きスペースのうち、原料５０１の要求スペースを有し、かつ要求スペースに最も近い大きさのスペースに原料５０１を受け入れた場合を試行して、日付を１日進める。
【００６４】
なお、ここまでの説明では、受入場所の決定に際しては受入量の要求スペースを１つ決定する場合について説明しているが、ひとつのスペースではすべて受け入れられない場合もあり、その場合は２つ以上のスペースが使われる場合もある。
【００６５】
ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４を、所定の日数分実行する。ここでは、ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４を、第ｎ＋４日まで実行する。具体的には、ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４を所定の日数分実行したか否かを判定する（ステップＳ１５）。ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４を所定の日数分実行していないと判定した場合（ステップＳ１５のＮｏ）、ステップＳ１４を再度実行する。ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１４を所定の日数分実行したと判定した場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１４を所定の日数分実行すると、当該所定の日数の間に鉱石ヤード２０２から払い出される原料に応じて空きスペースが発生したり、空きスペースに原料を受け入れることによって当該空きスペースが埋まったりする。鉱石ヤードからの原料の払出しは配合計画で求められた要求銘柄について日単位で払い出す山を決定する。
【００６６】
また、ヤード配置計画作成部３０３は、原料を払い出す山を決定するとき、例えば、受入日が古い山、貯蓄量が少ない山、その他の山の順序で、払い出す山を決定することができる。ただし、別の順序で払い出す山を決定してもよい。
【００６７】
これを、第ｎ＋４日まで実行すると、第ｎ日に原料５００を３つのスペースＡ、ＢおよびＣのそれぞれに受け入れた場合について、第ｎ＋４日における鉱石ヤード２０２の山の数が、それぞれ異なり得る。
【００６８】
ヤード配置計画作成部３０３は、ステップＳ１２で抽出したスペースのうち、第ｎ＋４日において最も山の数が少ない試行を決定する（ステップＳ１６）。ヤード配置計画作成部３０３は、決定した試行における第ｎ日のスペースを、第ｎ日に原料５００を受け入れるスペースとして決定する。
【００６９】
ヤード配置計画作成部３０３は、例えば、次に日にちを１日進めて、第ｎ＋１日について、ここで説明したアルゴリズムを用いて、第ｎ＋１日において原料を受け入れるスペースを決定する。ヤード配置計画作成部３０３は、これを繰り返すことにより、ヤード配置計画を作成する。
【００７０】
なお、上述の例では、ステップＳ１２においてヤード配置計画作成部３０３が抽出するスペースの数が３箇所であると説明したが、これに限られない。ヤード配置計画作成部３０３は、任意の数のスペースを抽出してよい。例えば、ヤード配置計画作成部３０３は、１箇所乃至１０箇所のスペースを抽出してよい。一般に、ヤード配置計画作成部３０３が抽出するスペースの数が多いほど、より多くの場合について試行が可能となる一方、ヤード配置計画作成部３０３の処理負荷が多くなる。また、多くのスペースを抽出した場合には、その分、原料の受入量よりも多くの原料を受け入れることができるスペースを抽出することになるが、そのようにして抽出されるスペースに原料を積み付けると、より大きなデッドスペースができることになるため、より原料の受入量に近い大きさのスペースが選択される可能性が高いと考えられる。そのため、ヤード配置計画作成部３０３は、このような事情に鑑みて、適宜の箇所数のスペースを抽出することができる。
【００７１】
本実施形態で説明したヤード配置計画作成部３０３が実行するアルゴリズムによれば、第ｎ日の受入スペースを決定するに際し、第ｎ日の受入スペースの候補を複数抽出するとともに、第ｎ＋１日以降の原料の受入スペースについては、それぞれ要求スペースに最も近い大きさのスペースの１つに固定して試行を行う。これにより、第ｎ＋１日以降も原料の受入スペースの候補を複数抽出する場合と比較して、処理負荷を低減することができるとともに、実行可能で山の数が少なくなるヤード配置計画を作成することができる。
【００７２】
なお、ここで説明したヤード配置計画作成部３０３が実行するアルゴリズムは一例に過ぎない。ヤード配置計画作成部３０３は、本実施形態で説明したアルゴリズムとは異なる他のアルゴリズムでヤード配置計画を作成してもよい。
【００７３】
ヤード配置計画作成部３０３は、作成したヤード配置計画を判定・出力部３０４に送る。
【００７４】
判定・出力部３０４は、上述したように、ヤード配置計画作成部３０３で得られたヤード配置計画が実行可能か否かを判定する。判定・出力部３０４は、作成されたヤード配置計画が実行不可能であると判定すると、修正部３０５に進む。
【００７５】
ここでヤード内の払出しは払出機のみで実施される。払出機は払出機と対応するヤードにのみ仕事することができる。払出機には能力限界があり、能力を超えた量を払い出すことはできない。ヤード受入方法が悪いと、能力の制約があるため、入力の払出量を実施できず、計画が実行不可能となる場合がある。また、使用する払出機によっては稼働時間に制約のある場合もある。このような場合、払出能力に余力がある払出機に対応するヤードに受け入れるように修正する。
【００７６】
修正部３０５は、判定・出力部３０４で実行不可能であると判定された計画の作成に使用された条件を修正する。例えば、計画作成装置３００は、条件の修正を入力するインタフェースを備える。修正部３０５により修正される内容は、例えば計画作成装置３００のユーザが計画作成装置３００の当該インタフェースを用いて操作入力を行うことにより、修正部３０５に入力されてよい。修正部３０５は、計画作成装置３００に対して入力された内容に基づいて、計画の修正処理を実行する。
【００７７】
ユーザは、インタフェースを用いて、原料の受入場所の変更操作、原料の鉱石ヤード２０２からの払出山の変更操作、受入機および払出機の稼働時間の変更操作、ならびに配合計画に関する条件の変更操作を入力できる。すなわち、修正部３０５は、入力として、例えば、原料の受入場所の変更、原料の鉱石ヤード２０２からの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のうち、１つ以上を受け付ける。計画作成装置３００は、例えば変更可能な条件を表示することによりユーザに提示し、提示された内容からユーザの選択を受け付けてもよい。
【００７８】
原料の受入場所の変更操作では、例えばユーザにより、原料の受入スペースが選択（指定）される。修正部３０５は、原料の受入場所の変更が入力された場合、受入場所変更処理を実行する。修正部３０５で実行される受入場所変更処理では、原料の受入スペースとして、ヤード配置計画作成部３０３がヤード配置計画の作成において選択したスペースとは別のスペースが選択される。当該別のスペースは、例えば入力により指定されたスペースであってよい。受入場所が変更されると、ヤード配置計画作成部３０３は、例えば受入場所を変更された原料の受入日以降のヤード配置計画を再度作成してもよい。
【００７９】
原料の払出山の変更操作では、例えばユーザにより、原料を払い出す山が選択（指定）される。修正部３０５は、原料の払出山の変更が入力された場合、払出山変更処理を実行する。払出山変更処理では、同一銘柄が複数山で存在しており、かつ払出しで使用する移動機（払出機）が変更可能な場合、払出山として、ヤード配置計画作成部３０３がヤード配置計画の作成において選択した払出山とは別の山が払出山として選択される。当該別の山は、例えば修正部３０５に対して入力により指定された特定の山であってよい。
【００８０】
修正部３０５は、受入機および払出機の稼働時間の変更が入力された場合、入力情報変更処理を実行する。入力情報変更処理では、例えば、ヤード配置計画作成部３０３によるヤード配置計画の作成において予め入力により与えられている受入機および払出機の稼働時間では、ヤード配置計画が実行不可能な場合に、受入機および払出機の稼働時間が修正される。受入機および払出機の稼働時間は、例えば定期修理により制約を受ける場合がある。入力情報変更処理では、例えばヤード配置計画を実行可能な稼働時間を算出し、定期修理の計画の見直しをユーザに促してもよい。
【００８１】
修正部３０５は、上述の受入場所変更処理、払出山変更処理および入力情報変更処理によってはヤード配置計画の実行可能な解を得られない場合、配合計画作成部３０２における配合計画の作成処理について、追加の制約条件を与える。例えば、修正部３０５は、既に鉱石ヤード２０２に存在する山に対して払出機の払出可能量を上回る入力に基づいて配合計画が作成されている場合、当該払出可能量を上回る入力がされている期間の原料の配合量に、制約条件として上限制約を追加する。例えば、修正部３０５は、下式（５）に示す式で与えられる制約条件を追加する。
【００８２】
【数５】
2019028845.tif 000007
【００８３】
上式（５）において、ｏは、修正機能で与えられた上限である。ｏは、例えば払出機の払出可能量の上限である。
【００８４】
修正部３０５で修正された内容は、修正情報反映部３０６により反映される。計画作成装置３００は、修正内容に応じて、配合計画作成部３０２またはヤード配置計画作成部３０３に戻り、再度計画を作成する。このように、配合計画およびヤード配置計画の作成および修正を繰り返すことにより、配合計画およびヤード配置計画の双方が連携した実行可能な計画が作成される。また、計画作成の過程でコストを最小化する最適化問題を用いているため、実行可能な範囲でコストを最小化する配合計画およびヤード配置計画を作成できる。
【００８５】
計画作成装置３００は、実行可能な計画が作成されると、当該実行可能な計画を出力する。
【００８６】
図７は、鉱石ヤード２０２における山の数の推移を示す図である。図７に示すグラフにおいて、縦軸は、鉱石ヤード２０２における山の数、横軸は、時間（日数）を示す。図７は、１ヶ月間における１日毎の山の数の変動を示す。図７は、本実施形態で説明した手法により計画作成装置３００が作成した計画に基づく山の数の変動と、従来の手法により人手で作成された計画に基づく山の数の変動とを示している。図７に示すように、本実施形態で説明した手法により作成された計画に基づく山の数は、従来の手法により作成された計画に基づく山の数と比較して、減少している。つまり、本手法によれば、鉱石ヤード２０２において、より多くのスペースを確保できるようになっている。
【００８７】
以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
２０１  バース
２０２  鉱石ヤード
２０３  鉱石パイル
２０４  焼結機
２０５  高炉
２１０  受入機
２１１  払出機
３００  計画作成装置
３０１  入力データの取り込み部
３０２  配合計画作成部
３０３  ヤード配置計画作成部
３０４  判定・出力部
３０５  修正部
３０６  修正情報反映部
３０７  データ出力部
３０８  プロセスコンピュータ
３０９  ビジネスコンピュータ
４００  上位システム
【図１】
2019028845.tif 000008
【図２】
2019028845.tif 000009
【図３】
2019028845.tif 000010
【図４】
2019028845.tif 000011
【図５】
2019028845.tif 000012
【図６】
2019028845.tif 000013
【図７】
2019028845.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月8日(2018.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成部と、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成部と、
を備える、計画作成装置。
【請求項２】
前記ヤード配置計画が実行不可能である場合、前記配合計画または前記ヤード配置計画の作成に用いられた条件を修正する修正部をさらに備える、請求項１に記載の計画作成装置。
【請求項３】
前記配合計画作成部または前記ヤード配置計画作成部は前記修正部による修正内容に基づき、それぞれ配合計画またはヤード配置計画を作成する、請求項２に記載の計画作成装置。
【請求項４】
前記配合計画作成部による配合計画および前記ヤード配置計画作成部によるヤード配置計画の作成と、前記修正部による条件の修正とを繰り返すことにより、実行可能なヤード配置計画を作成する、請求項３に記載の計画作成装置。
【請求項５】
前記条件の修正は、原料の受入場所の変更、原料のヤードからの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のうち、１つ以上を含む、請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項６】
前記条件の修正の入力を受け付けるインタフェースをさらに備える、請求項５に記載の計画作成装置。
【請求項７】
前記修正部は、前記原料の受入場所を、前記インタフェースにおいて入力されたスペースに変更する、請求項６に記載の計画作成装置。
【請求項８】
前記ヤード配置計画作成部は、前記受入場所が変更されると、当該受入場所を変更された原料の受入日以降のヤード配置計画を再度作成する、請求項７に記載の計画作成装置。
【請求項９】
前記作成されたヤード配置計画が実行可能か否かを判定し、実行可能であると判定した場合に当該ヤード配置計画を出力する、判定・出力部をさらに備える、請求項２乃至請求項８のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１０】
前記配合計画作成部は、配合する原料のコストと該原料の払出し量の変動を目的関数とする最適化問題を解くことにより、前記配合計画を作成する、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１１】
前記配合計画作成部は、前記最適化問題を、設備の能力または生産計画に基づいて定められる制約条件の元で解く、請求項１０に記載の計画作成装置。
【請求項１２】
前記入力データは、鉄鉱石の入荷予定日および入荷予定量、成分、コスト、ヤードの在庫量および現況、装入する副原料として配合する原料の成分、コスト、高炉の出銑予定量、塊鉱石の払出可能量、焼結鉱の生産予定量、計画期間、受入機および払出機の能力および稼働時間のうち、１つ以上を含む、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の計画作成装置。
【請求項１３】
計画作成装置により実行される計画作成方法であって、
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成ステップと、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成ステップと、
を含む、計画作成方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
［１］
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成部と、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成部と、
を備える、計画作成装置。
［２］
前記ヤード配置計画が実行不可能である場合、前記配合計画または前記ヤード配置計画の作成に用いられた条件を修正する修正部をさらに備える、上記［１］に記載の計画作成装置。
［３］
前記配合計画作成部または前記ヤード配置計画作成部は前記修正部による修正内容に基づき、それぞれ配合計画またはヤード配置計画を作成する、上記［２］に記載の計画作成装置。
［４］
前記配合計画作成部による配合計画および前記ヤード配置計画作成部によるヤード配置計画の作成と、前記修正部による条件の修正とを繰り返すことにより、実行可能なヤード配置計画を作成する、上記［３］に記載の計画作成装置。
［５］
前記条件の修正は、原料の受入場所の変更、原料のヤードからの払出山の変更、受入機および払出機の稼働時間の変更、ならびに配合計画に関する条件の変更のうち、１つ以上を含む、上記［２］乃至［４］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［６］
前記条件の修正の入力を受け付けるインタフェースをさらに備える、上記［５］に記載の計画作成装置。
［７］
前記修正部は、前記原料の受入場所を、前記インタフェースにおいて入力されたスペースに変更する、上記［６］に記載の計画作成装置。
［８］
前記ヤード配置計画作成部は、前記受入場所が変更されると、当該受入場所を変更された原料の受入日以降のヤード配置計画を再度作成する、上記［７］に記載の計画作成装置。
［９］
前記作成されたヤード配置計画が実行可能か否かを判定し、実行可能であると判定した場合に当該ヤード配置計画を出力する、判定・出力部をさらに備える、上記［２］乃至［８］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１０］
前記配合計画作成部は、配合する原料のコストと該原料の払出し量の変動を目的関数とする最適化問題を解くことにより、前記配合計画を作成する、上記［１］乃至［９］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１１］
前記配合計画作成部は、前記最適化問題を、設備の能力または生産計画に基づいて定められる制約条件の元で解く、上記［１０］に記載の計画作成装置。
［１２］
前記入力データは、鉄鉱石の入荷予定日および入荷予定量、成分、コスト、ヤードの在庫量および現況、装入する副原料として配合する原料の成分、コスト、高炉の出銑予定量、塊鉱石の払出可能量、焼結鉱の生産予定量、計画期間、受入機および払出機の能力および稼働時間のうち、１つ以上を含む、上記［１］乃至［１１］のいずれか一項に記載の計画作成装置。
［１３］
計画作成装置により実行される計画作成方法であって、
原料の受入れおよび払出しに関する入力データに基づいて原料の配合計画を作成する配合計画作成ステップと、
前記配合計画に基づいて、ヤード配置計画を作成するヤード配置計画作成ステップと、
を含む、計画作成方法。