(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定期間に係る配船計画を作成する配船計画作成装置であって、
港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定部と、
船舶の動作を特定する遺伝子を組み合わせて染色体データを生成する染色体データ生成部と、
前記染色体データ生成部により生成された染色体データを、遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより進化させる演算を行う演算部と、
前記演算部と接続され、前記演算部により進化させた染色体データに基づいて配船計画のシミュレーションを行うシミュレータと、
前記シミュレータによるシミュレーションを行う際に前記配船計画の所定期間の初日の初期値を確定する初期値確定部とを備え、
前記染色体データ生成部は、前記遺伝子の集合の一部に、予め定めた遺伝子の組合せからなるデータを注入した後に染色体データの生成を行う、
配船計画作成装置。
【請求項２】
前記予め定めた遺伝子の組合せは、実務従事者の知見又は過去の配船事例に基づく知見に基づいて収集した遺伝子の組合せである、請求項１記載の配船計画作成装置。
【請求項３】
前記遺伝子は、港名、品目、積み又は揚げの荷役種類、及び量を含むことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の配船計画作成装置。
【請求項４】
所定期間に係る配船計画を作成する配船計画作成装置による配船計画方法であって、
前記配船計画作成装置のデータ設定部が、港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定ステップと、
前記配船計画作成装置の染色体データ生成部が、船舶の動作を特定する遺伝子を組合せて染色体データを生成する染色体データ生成ステップと、
前記配船計画作成装置の演算部が、前記染色体データ生成ステップに基づいて生成された染色体データを遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより染色体データを進化させる進化ステップと、
前記配船計画作成装置の初期値確定部が、配船計画の所定期間の初日における初期値を確定する初期値ステップと、
前記配船計画作成装置のシミュレータが、前記進化ステップにより得られた進化させた染色体データに基づいて、配船の実行をシミュレーションするシミュレーションステップと、
からなる配船計画方法。
【請求項５】
請求項４に記載の前記配船計画方法をコンピュータにより実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配船計画装置、配船計画方法及びプログラムに関し、特に、染色体データを作成する際により有効な定石データを遺伝子に注入して染色体データを作成して遺伝的アルゴリズムを行うことにより作成される配船計画のための配船計画装置、配船計画方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、陸上輸送を主目的に輸送計画を作成する輸送計画作成方法が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０８９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、陸上輸送の場合には、輸送単位は数トンから数十トンであり、道路のパターンもある程度決まっているのに対し、船舶の場合には、輸送単位が数百から数千トンと大きい上に、使用する船の隻数も限られるため、箇々の輸送遅延の影響が大きく、各輸送の正確な取り扱いが必要となる。
【０００４】
例えば、船舶の場合には、入港時間に間に合わなければ翌日以降の入港荷役となってしまう。また、船舶、港湾、貯蔵施設（タンク）、工場、需要者、航路状況等、考慮すべき条件が複雑かつ多岐にわたるためこれらの統一的な取り扱いが困難である。
【０００５】
さらに、混載、複数港積み、複数港揚げ、帰り荷の考慮等、輸送形態が多様であり、また、入出港、積み／揚げ、沖待ち等の時刻等、活動の状態を変化させるタイミングが無段階である。そのため、どの時刻で切り替えても良いため、組合せ爆発が起きやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記課題を解決するため、本発明に係る配船計画作成装置は、所定期間に係る配船計画を作成する配船計画作成装置であって、港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定部と、船舶の動作を特定する遺伝子を組み合わせて染色体データを生成する染色体データ生成部と、染色体データ生成部により生成された染色体データを、遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより進化させる演算を行う演算部と、前記演算部と接続され、演算部により進化させた染色体データに基づいて配船計画のシミュレーションを行うシミュレータと、シミュレータによるシミュレーションを行う際に前記配船計画の所定期間の初日の初期値を確定する初期値確定部とを備え、染色体データ生成部は、遺伝子の集合の一部に、予め定めた遺伝子の組合せからなるデータを注入した後に染色体データの生成を行う。
【０００７】
予め定めた遺伝子の組合せは、実務従事者の知見又は過去の配船事例に基づく知見に基づいて収集した遺伝子の組合せであってもよい。
【０００８】
遺伝子は、港名、品目、積み又は揚げの荷役種類、及び量を含んでもよい。
【０００９】
本発明に係る配船計画方法は、所定期間に係る配船計画を作成する配船計画作成装置による配船計画方法であって、配船計画作成装置のデータ設定部が、港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定ステップと、配船計画作成装置の染色体データ生成部が、船舶の動作を特定する遺伝子を組合せて染色体データを生成する染色体データ生成ステップと、配船計画作成装置の演算部が、染色体データ生成ステップに基づいて生成された染色体データを遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより染色体データを進化させる進化ステップと、配船計画作成装置の初期値確定部が、配船計画の所定期間の初日における初期値を確定する初期値ステップと、配船計画作成装置のシミュレータが、進化ステップにより得られた進化させた染色体データに基づいて、配船の実行をシミュレーションするシミュレーションステップとからなる。
【００１０】
本発明に係るプログラムは上記配船計画方法をコンピュータにより実行させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば効率的な配船が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る配船計画作成装置を示すブロック図である。図１に図示された配船計画作成装置１０は、入力装置２０、装置本体３０、シミュレータ４０、初期値確定部１２０及び表示装置５０を備える。
【００１３】
入力装置２０は、キーボード、マウス、ペンタッチ入力装置等、いずれかの方法でデータを入力することができる装置であればその形態は問われない。
【００１４】
装置本体３０は、港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定部１１０と、船舶の動作を特定する遺伝子を組合せて染色体データを生成する染色体データ生成部１３０と、染色体データ生成部により生成された染色体データを、遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより進化させる演算を行う演算部１５０とを備える。
【００１５】
演算部１５０は、遺伝的アルゴリズムに基づいた演算を行う。また、演算部１５０ではデータ設定部１１０からの入力に基づいて致死染色体の判定をも行う。遺伝的アルゴリズムは、複数の実行可能解を保持しつつ、その解を進化のアナロジーを用いて改善していく方法の総称である。具体的には、生物が進化の過程で環境に適応すると生き残り、適応しないと死滅していく進化論の考え方を応用したアルゴリズムであり、遺伝子の集合体である染色体を一つの個体とみて、初期集団の生成を行い、適応度の評価、選択、交叉、突然変異のループを経て進化させ、適応度の評価がよいと思われる段階を近似解として終了するアルゴリズムである。
【００１６】
遺伝的アルゴリズムは、生物を染色体の集団と見たて、生存能力を適応度として評価し、生殖行動を交叉として考える。一般には各遺伝子として扱われるデータをランダムに組合せ、染色体として機能するデータ列を複数用意する。そして選択、交叉、突然変異により進化させて適応度の評価を上げていくものである。
【００１７】
ここで、選択は、適応度の高い個体がより多くの子孫を残す操作であり、適応度比例戦略、エリート保存戦略、トーナメント戦略等の手法を用いることが可能である。また、交叉は、選択によって選出された個体に対して、ある交叉位置で双方の染色体の一部ずつをとってきて、子孫の染色体を作り出す操作であり、一点交叉、多点交叉、一様交叉等種々の手法を用いることが可能である。突然変異は、ある確率で染色体の一部の値を変える操作である。この一通りの操作を終えると第二世代の染色体が生まれることになり、これを繰り返すループにより世代が進むことになる。
【００１８】
ここで、遺伝子となるデータについて説明する。図２は、港におけるタンクの状態の模式図である。図２においては、Ａ港に製品α用のタンクと製品β用のタンクがあり、Ｂ港には製品α用のタンクと製品γ用のタンクがあることが示されている。また、Ａ港は、製品αはＡ港に船舶がいるとしたら、そこから製品αを積まなければならない。ただし、どの程度積む、又は積まないかについては、時期や港湾の事情により異なる。また、製品βは船舶が入港した場合に製品β用のタンクに製品βを揚げなければならないことを示している。
【００１９】
また、Ｂ港に製品α用のタンクと製品γ用のタンクがあり、Ｂ港に船舶がいるとしたら、そこから製品γを積まなければならない。また、製品αは船舶が入港した場合に製品α用のタンクに製品αを揚げなければならないことを示している。
【００２０】
実際には、どのくらいの量（トン数）の積み、揚げを行うかということは各港におけるタンクの状態等によって異なる。また、図２においては、Ａ港とＢ港として例示したが実際には製品の数は多数であり、港の数も多数である。
【００２１】
シミュレータ４０は、演算部１５０により演算された内容の評価を行う。表示装置５０は、演算部１５０により演算された結果を表示する。この表示装置はパーソナルコンピュータ用のディスプレイや専用の表示装置を用いることができる。
【００２２】
初期値確定部１２０は、シミュレータ４０によるシミュレーションを行うに際し、初期値確定部１２０は、配船計画の所定期間の初日の初期値を確定する。ある港湾のタンクに貯蔵されている製品が、所定期間の初日の前日の段階で、例えば９０％満たされており、日々貯蔵量が増える状態にあるならば、配船計画の早い段階で当該港湾に船舶を向かわせる必要が生じる等期間毎に最適な配船計画は異なるためである。
【００２３】
データ設定部１１０は、港湾及び船舶の特性データを設定する。具体的には、港湾のデータとしては、例えば、何時から何時まで空いている等の条件、港に入れる船の大きさ（深さ、長さ）、港湾側で有しているポンプの速度、タンクの大きさ、港間の距離、積み卸しができる時間帯（船が入れる時間）、同時に荷役ができる船の数のデータを設定する。また、演算部１５０ではデータ設定部１１０から入力されたデータを使って致死染色体の判定を行う。
【００２４】
また、船舶の特性データとしては、近海船、沿海船、限定近海船の種別、スピード、燃費、荷役ポンプの能力などの船の条件をセットする。
【００２５】
染色体は、港名、積み／揚げ、品目等の荷役の最も基本的な情報（荷役情報）を単位とする遺伝子列を隻数分並べたものである。例えば、Ａ港において品目αの消費側タンクがある場合は、
港名：Ａ
品目：α
荷役種類：揚げ
量：３トン
という遺伝子が登録される。この遺伝子は全ての港湾におけるすべての品目の積み／揚げについて登録される。
【００２６】
染色体データ生成部１３０は、船舶の動作を特定する遺伝子を組み合わせて染色体データを生成する。この作成は乱数に基づいて任意の組合せとなる。この染色体データを例えば５００個程度作成する。
【００２７】
ただし、染色体データ生成部１３０は、遺伝子の集合の一部に、予め定めた遺伝子の組合せからなるデータを注入した後に染色体データの生成を行う。
【００２８】
予め定めた遺伝子の組合せからなるデータについて説明する。ここでは「定石集データベース」として説明する（図１）。染色体データは、遺伝子データベースと定石集データベースとの組合せからなる集合から作成される。定石集データベースは以下のように作成されるものである。
【００２９】
定石集データベースは、予め有効と思われる遺伝子の組合せを登録したデータベースであり、以下の３種類から構成される。
（１）実務者の知見
実務従事者の経験及び過去の配船事例から良いと判断されているものはその組合せを一つのデータとして定石集データベースに登録する。
（２）解析者の判断
解析者が輸送構造を分析して、必要であると判断したものや、優れていると判断した組合せを定石集データベースに登録する。
（３）過去自動生成を行った結果
過去に自動生成を行った結果優れていると思われる組合せを定石集データベースに登録する。
【００３０】
上記定石集データベースに登録するものとしては、具体的には以下のようなものがある。例えば、生産量の少ない製品は大概扱っている港も限られているという経験則に基づいて、それらが船１隻の分量があり、かつ陸上側に十分なタンク容量があれば混載なしの直行便を設定する。そうでなければ、他の便で混載品として多頻度で運ぶ。また、生産量の多い製品は混載しないで直行便を設定する。
【００３１】
さらに、近い港はまとめて寄港し、遠距離の港へ運んだり、ある同一製品の生産港・消費港が近距離の場合は、同一日に２往復できるようピストン輸送を設定するようにする。また、複数港積み、複数港揚げの場合でも、なるべく順路が後戻りのないようにする。
【００３２】
さらに、近い港同士を結ぶ遺伝子の組合せのみ作成する。例えば、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの港があるとした場合、ＡからＢ、及び、ＣからＤの遺伝子の組合せは作成するが、ＡからＤへの遺伝子の組合せは初めから作成しないなどして、明らかに経験則上効率が悪いエントリーは最初から排除する。また、同一港での荷揚げ後荷積みは別々の遺伝子として作成しないで一セットの遺伝子の組合せとする。
【００３３】
演算部１５０は、染色体データ生成部により生成された染色体データと初期値確定部により設定された初期値とを演算する。また、演算部１５０は、遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより染色体データを進化させる。
【００３４】
図３は、本発明に係る配船計画作成方法を示すフローチャートである。特に遺伝的アルゴリズムが示されている。
【００３５】
まず、初期集団を生成し（Ｓ３１０）、適応度の評価を行い（Ｓ３２０）、適応度の終局判断における終局評価が不十分であれば（Ｓ３３０）、選択（Ｓ３４０）、交叉（Ｓ３５０）、突然変異（Ｓ３６０）のループを経て進化させ、適応度の終局評価がよいと思われる段階を近似解として終了する。本発明においては、適応度の評価の際に実際に配船状態を考慮した判断ができるシミュレータによる評価を行う（Ｓ３７０）。この際、実際の船舶の動きを表示するようにしてもよい。
【００３６】
選択（Ｓ３４０）においては、成績の良い上位から一定数の染色体は、無条件に次世代に残し、優秀な染色体の消滅及び破壊を防ぐようにしてもよい。また、選択（Ｓ３４０）は、トーナメントにより行い、進化過程後半で各染色体の評価値が接近しても進化時に淘汰圧が下がらないようにすることで、局所探索能力をできるだけ確保するようにすることもできる。
【００３７】
交叉（Ｓ３５０）においては、ランダムに選んだ染色体に対し、２点交叉を行うようにしてもよい。一回の進化計算において同一染色体が複数回の交叉を受けることができるようにすることで探索範囲を広くするようにすることもできる。
【００３８】
突然変異（Ｓ３６０）は、乱数により輸送内容の一部を遺伝子データベース（図１）の組合せ又は定石集データベース（図１）の内容と入れ替えるようにしてもよい。また、一回の進化計算において同一染色体の複数回の突然変異も可能とすることで探索範囲を広くすることもできる。
【００３９】
図４は、本発明に係る配船計画作成方法を示すフローチャートである。本発明に係る配船計画作成方法は、港湾及び船舶の特性データを設定するデータ設定ステップ（Ｓ４１０、Ｓ４２０）と、船舶の動作を特定する遺伝子を組合せて染色体データを生成する染色体データ生成ステップ（Ｓ４３０）と、前記染色体データ生成ステップ（Ｓ４３０）に基づいて生成された染色体データを遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより染色体データを進化させる進化ステップ（Ｓ４４０）と、配船計画の所定期間の初日における初期値を確定する初期値ステップ（Ｓ４５０）と、前記進化ステップ（Ｓ４４０）により得られた進化させた染色体データに基づいて、配船の実行をシミュレーションするシミュレーションステップ（Ｓ４６０）とからなる。
【００４０】
データ設定ステップ（Ｓ４１０、Ｓ４２０）は、港湾及び船舶の特性データを設定する。
【００４１】
染色体データ生成ステップ（Ｓ４３０）は、船舶の動作を特定する遺伝子を組合せて染色体データを生成する。
【００４２】
進化ステップ（Ｓ４４０）は、染色体データ生成ステップ（Ｓ４３０）に基づいて生成された染色体データを遺伝的アルゴリズムに基づく演算を行うことにより染色体データを進化させる。
【００４３】
初期値ステップ（Ｓ４５０）は、配船計画の所定期間の初日における初期値を設定する。
【００４４】
シミュレーションステップ（Ｓ４６０）は、進化ステップ（Ｓ４４０）により得られた進化させた染色体データに基づいて、配船の実行をシミュレーションする。このシミュレーションによる評価については図５で説明する。
【００４５】
図５は、本発明に係る配船計画作成方法に用いられるシミュレータ４０（図１）と接続された表示装置５０（図１）の表示画面の一例である。このシミュレータは、図１及び３で示したように遺伝的アルゴリズムとは別の機構とした。また遺伝的アルゴリズムを行う演算部１５０（図１）とシミュレータ４０（図１）とのデータのやりとりはインターネットやイントラネットの規格であるＴＣＰ／ＩＰを用いてＬＡＮを介して行うようにしてもよい。
【００４６】
図５では、港Ａ、港Ｂ、港Ｃ、港Ｄ、港Ｅにおいて、二隻の船舶が移動している様子を図示している。また、各港にはタンクが備えられている現実の状態が示され、船舶の荷役により、それぞれのタンクの増減が示される。また、終局評価として、例えば、タンクがオーバーフローするまでの持続時間が１９２時間である状態が示されており、例えば、１箇月の配線計画を行うためには持続時間が１９２時間では足りないため、さらに遺伝的アルゴリズムを用いて進化させることが必要であることが判断できる。
【００４７】
シミュレータ４０（図１）の各要素はマルチエージェントとしてプログラムされ、各エージェントは配船センターの基本的な輸送指示（配船案）に従って、情報収集を行い、詳細な行動計画を作成して自律的に活動を行う。タンカーは地図上に設定したノード・パスの中からダイクストラ法等により最短時間となる経路を探索して移動する。
【００４８】
なお、この発明の実施の形態に係る方法及びシステムは、図１で示したように各構成部分を単一の装置内に組み込んだ専用の装置で実現できるのはもちろんである。またシミュレータを内部に有していてもよい。
【００４９】
さらに、任意の言語で作成されたコンピュータプログラムにより通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。プログラムを格納した媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等）から当該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行することもできる。
【００５０】
コンピュータにプログラムを供給するための手法もまた任意である。例えば、通信回線、通信ネットワーク、通信システム等を介して供給してもよい。そして、このプログラムを起動し、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上記した各ステップの処理を実行することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
船舶の配船計画が効率的に行えるので、船舶による輸送業において利用が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る配船計画作成装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る配船計画作成装置で使用される遺伝子の概念を示す図である。
【図３】本発明に係る配船計画作成方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る配船計画作成方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る配船計画作成方法に用いられるシミュレータの表示画面の一例である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  配船計画作成装置
２０  入力装置
３０  装置本体
４０  シミュレータ
５０  表示装置
１１０  データ設定部
１２０  初期値確定部
１３０  染色体データ生成部
１５０  演算部
【図１】
0004811806.tif 000002
【図２】
0004811806.tif 000003
【図３】
0004811806.tif 000004
【図４】
0004811806.tif 000005
【図５】
0004811806.tif 000006