(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行式積み付け機の旋回腕の先端から原料を原料ヤード上に積み付けて該原料ヤードの長手方向に伸びる原料山を形成するに際し、前記走行式積み付け機の走行位置、腕先端の旋回位置、積み付け高さ、および原料の安息角に基づいて、積み付けられた原料山の前記原料ヤード上の位置および三次元形状を計算機に算出させて、原料ヤード上の原料山の三次元的な存在範囲を管理する原料ヤード三次元管理方法であって、
前記計算機により、下記のステップ：
前記原料ヤードの幅方向の座標軸および高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数に区切った各メッシュについて、その代表点を通り原料ヤード長さ方向の座標軸に平行な長軸線と、原料山の両端面との交点を両端とする線分をそれぞれ求めるステップ、および
全メッシュについての線分の束として各原料山の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させることを特徴とする原料ヤード三次元管理方法。
【請求項２】
走行式払い出し機の旋回腕の先端にある掻き取り装置により原料山の一端面から原料を掻き取って原料を払い出す際に、前記掻き取り装置の作動軌跡に基づいて、前記原料山の払い出し側端面の前記原料ヤード上の位置および三次元形状を計算機に算出させて、原料ヤード上の原料山の三次元的な存在範囲を管理する原料ヤード三次元管理方法であって、
前記計算機により、下記のステップ：
前記原料ヤードの幅方向の座標軸および高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数に区切った各メッシュについて、その代表点を通り原料ヤード長さ方向の座標軸に平行な長軸線と、個々の原料山の両端面および原料山内における異種銘柄領域の両端面との交点を両端とする線分をそれぞれ求めるステップ、および
全メッシュについての線分の束として各原料山および各異種銘柄領域の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させることを特徴とする原料ヤード三次元管理方法。
【請求項３】
前記掻き取り装置により途中まで第１原料の払い出しを行なっている原料山の払い出し側端面に被せて異種銘柄の第２原料を積み付けて原料山の長さを増加させて形成する原料山である場合には、
前記計算機に、下記のステップ：
前記原料山の長さ増加前の元の両端面および長さ増加後の新たな両端面と前記各メッシュからの仮想長軸線との交点を両端とする線分を各々求めるステップ、および
前記求めた各メッシュの線分により、原料山内にある前記第１原料と第２原料の各々の領域の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させることを特徴とする請求項２に記載の原料ヤードの三次元管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所等の原料ヤードを三次元管理する方法に関し、特に原料ヤード上に原料粒を積み付けて形成された原料山の三次元的な存在範囲を管理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所等の原料ヤードでは、典型的にはシーバースで輸送船から荷揚げされた粒状の原料を受入れ、その種類（鉱石、石炭等）および銘柄（出産地等）が混入しないように別々の原料山として積み付け、操業スケジュールに応じて高炉等の後工程に払い出す。そのために、積み付け機（スタッカー）により原料山を積み付け、また原料山から払い出し機（リクレーマー）により原料を払い出す作業が行われている。それに伴い、原料山の形状や寸法は常に変動しており、それを常に把握し管理することは、原料ヤードの運用効率を高めるために極めて重要である。例えば、輸送船が到着しても原料の置き場が無ければ船を待たせることになり、待ち時間に応じたペナルティーを支払わなければならない。
【０００３】
運用効率を高めるには、そもそも積み付けの際に多種類の原料を一定面積に効率よく配置することが重要である。ただし、異種銘柄を混入させないため、また積み付け機および払い出し機（「移動機」と総称）同士を衝突させないために、原料山同士の間は一定の間隔を確保する必要がある。また、移動機の作動を含め原料ヤードの操業は自動化される趨勢にあり、その場合には作動の許容誤差を人間による操業よりも大きく見込む必要があるため、更にデッドスペースが大きくなる。
【０００４】
従来の原料ヤード管理方法は、移動機の動作実績に基づき、原料山をその底面の位置、形状、寸法により原料ヤード平面上で二次元的に把握し、管理していた。例えば、図１に示した原料山Ｒは、左端面（西側端面）は積み付けたままの状態であり、底面の輪郭は図１（Ａ）のように外向きに張り出した円弧状をしており、左端面の外観は図１（Ｂ）のように滑らかな斜面である。一方、右端面（東側端面）は途中まで払い出してできた新たな端面であり、図１（Ａ）のように内向きに入り込んだ円弧状をしており、右端面の外観は図１（Ｂ）のように階段状になっている。払い出し機は、腕を左右に旋回させつつその先端の掻き取り装置で原料を掻き取り、１旋回毎に山頂部から段階的に最下段まで腕を下ろしてくる。そのため、払い出しにより新たにできた右端面は、図１（Ｂ）に立断面で示したように階段状になる。
【０００５】
上記の場合、原料ヤード平面（ｘ軸：東西軸すなわち長さ方向の座標軸，ｙ軸：南北軸すなわち幅方向の座標軸）上で、原料山Ｒはその最西端Ｗおよび最東端Ｅの（ｘ，ｙ）座標と、南北の縁Ｓ，Ｎそれぞれの西端ＳＷ，ＮＷおよび東端ＳＥ，ＮＥの（ｘ，ｙ）座標によって二次元的に表される。
従来のように１つの原料山が１つの銘柄の原料でできているという前提であれば、上記のような二次元管理方法で十分に足りる。
【０００６】
一方、上記従来の前提を覆して、払い出し途中の原料山の払い出し側端面に被せて、異種銘柄の原料を積み付けることができれば、一定面積の原料ヤードにより多種・多量の原料を置けるようになり、原料ヤードの運用効率を高める上で非常に有利である。
ただし、このように異種銘柄を上被せした場合、払い出し時に異種銘柄間の混入を最小限に抑えるという新たな課題が生ずる。それには、原料山内における異種銘柄間の境界面を管理することが前提になる。すなわち、図２に示したように、銘柄Ｇ１の原料山を途中まで払い出した後に、払い出し側端面Ｆに上被せして銘柄Ｇ２を積み付けた場合、端面Ｆが銘柄Ｇ１と銘柄Ｇ２の境界面になり、この境界面Ｆは図１で説明したように立体的な形状を持つものであるから、管理は三次元的に行わなければならない。
【０００７】
特公平７−１００５４２号公報に、原料ヤードの三次元管理方法が提案されている。具体的な座標管理方法は明記はされていないが、実施例等の記載から推察すると、払い出し機が切り出した高さ方向の各段毎の長さｘ方向・幅ｙ方向での存在範囲で管理していると考えられる。
しかし上記提案の方法では、例えば、払い出し機による切り出しやオペレータによる山の合成や削除といった座標修正の際、処理ロジックが非常に難解になり、そのための演算時間が長くならざるを得ない。また、切り出し段の高さが山の両端で異なっている場合には表現不可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、製鉄所等の原料ヤード上に鉄鉱石、石炭等の原料を積み付けて形成された原料山の三次元的な存在範囲を管理する方法であって、座標修正の処理ロジックが容易であり、そのための演算時間も短くて済み、山の両端で切り出し段の高さが異なる場合にも適用できる原料ヤードの三次元管理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】
上記の目的は、本発明によれば、走行式積み付け機の旋回腕の先端から原料を原料ヤード上に積み付けて該原料ヤードの長手方向に伸びる原料山を形成するに際し、前記走行式積み付け機の走行位置、腕先端の旋回位置、積み付け高さ、および原料の安息角に基づいて、積み付けられた原料山の前記原料ヤード上の位置および三次元形状を計算機に算出させて、原料ヤード上の原料山の三次元的な存在範囲を管理する原料ヤード三次元管理方法であって、
前記計算機により、下記のステップ：
前記原料ヤードの幅方向の座標軸および高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数に区切った各メッシュについて、その代表点を通り原料ヤード長さ方向の座標軸に平行な長軸線と、原料山の両端面との交点を両端とする線分をそれぞれ求めるステップ、および
全メッシュについての線分の束として各原料山の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させることを特徴とする原料ヤード三次元管理方法によって達成される。
【００１０】
また、上記の目的は、本発明によれば、走行式払い出し機の旋回腕の先端にある掻き取り装置により原料山の一端面から原料を掻き取って原料を払い出す際に、前記掻き取り装置の作動軌跡に基づいて、前記原料山の払い出し側端面の前記原料ヤード上の位置および三次元形状を計算機に算出させて、原料ヤード上の原料山の三次元的な存在範囲を管理する原料ヤード三次元管理方法であって、
前記計算機により、下記のステップ：
前記原料ヤードの幅方向の座標軸および高さ方向の座標軸で規定される仮想平面を多数に区切った各メッシュについて、その代表点を通り原料ヤード長さ方向の座標軸に平行な長軸線と、個々の原料山の両端面および原料山内における異種銘柄領域の両端面との交点を両端とする線分をそれぞれ求めるステップ、および
全メッシュについての線分の束として各原料山および各異種銘柄領域の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させることを特徴とする原料ヤード三次元管理方法によっても達成される。
【００１１】
本発明の望ましい一態様においては、前記掻き取り装置により途中まで第１原料の払い出しを行なっている原料山の払い出し側端面に被せて異種銘柄の第２原料を積み付けて原料山の高さを増加させて形成する原料山である場合には、
前記計算機に、下記のステップ：
前記原料山の長さ増加前の元の両端面および長さ増加後の新たな両端面と前記各メッシュからの仮想長軸線との交点を両端とする線分を各々求めるステップ、および
前記求めた各メッシュの線分により、原料山内にある前記第１原料と第２原料の各々の領域の三次元的な存在範囲を求めるステップ
を実行させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図３の典型例に基づき、本発明の原料ヤード三次元管理方法をより具体的に説明する。
図３の例では、原料ヤードの長さ方向の座標軸（ｘ軸）に沿って延びた原料山Ｒは、両端面Ｐ１およびＰ２を持ち、第１銘柄の領域Ｇ１と第２銘柄の領域Ｇ２から成り、領域Ｇ１とＧ２は境界面Ｆで接している。すなわち、第１銘柄の領域Ｇ１は原料山Ｒの一端面Ｐ１から境界面Ｆまでを占めており、第２銘柄の領域Ｇ２は境界面Ｆから原料山Ｒの他端面Ｐ２までを占めている。このように異種銘柄の原料から成る原料山Ｒの典型例は、元々第１銘柄のみから成る原料山を図中で右から左へ境界面Ｆの位置まで払い出し、その後、払い出し端面Ｆに上被せする形で第２銘柄の原料を積み付けて右方向へＰ２の位置まで原料山の長さを延ばした場合である。
【００１５】
端的に表現すれば、本発明の原料ヤード三次元管理方法では、このように異種銘柄の領域が連接して一体化した形の原料山Ｒおよびその各銘柄領域Ｇ１，Ｇ２を、それぞれ原料ヤード長さ方向の線分の束として把握し管理する。
そのために、まず原料ヤードの幅方向の座標軸（ｙ軸）および高さ方向の座標軸（ｚ軸）で規定される平面Ａを想定し、この平面Ａを多数のメッシュＭに区切り、各メッシュＭについて、その代表点を通り原料ヤード長さ方向の座標軸（ｘ軸）に平行な長軸線Ｌを想定する。説明を簡潔にするために、図３中には長軸線Ｌを１本のみ示したが、実際には平面Ａを区切った多数のメッシュＭと同数の長軸線Ｌが存在する。
【００１６】
そして、長軸線Ｌが原料山の両端面で切られてできる線分を全メッシュについて求め、得られた全線分の束として原料山の三次元的な存在範囲を把握し管理する。同様に、長軸線Ｌが銘柄領域間の境界面で切られてできる線分を全メッシュについて求め、得られた全線分の束として各銘柄領域の三次元的な存在範囲をそれぞれ把握し管理する。更に視覚的に表現すれば、１つのメッシュを基面としてｘ軸方向に延び、原料山あるいは銘柄領域の両端面の位置に前後端がある柱を考え、各メッシュについてこのような柱を求め、各メッシュの位置にある柱をそのまま全部束ねた立体によって原料山あるいは銘柄領域を近似することになる。
【００１７】
図３を参照すると、長軸線Ｌと、▲１▼原料山Ｒの個々の両端面Ｐ１，Ｐ２との交点ｘ１，ｘ２を両端とする線分ＳＲ (＝From x1 To x2)、▲２▼原料山Ｒ内の第１銘柄領域Ｇ１の両端面Ｐ１，Ｆとの交点ｘ１，ｘＦを両端とする線分Ｓ１ (＝From xF To x2)、および▲３▼長軸線Ｌと原料山Ｒ内の第２銘柄領域Ｇ２の両端面Ｆ，Ｐ２との交点ｘＦ，Ｐ２を両端とする線分Ｓ２ (＝From xF To P2)をそれぞれ求め、全メッシュＭについての線分ＳＲ，Ｓ１，Ｓ２の束として各原料山および各異種銘柄領域の三次元的な存在範囲を把握し管理する。
【００１８】
既に述べたように、払い出し途中の原料山の払い出し側端面に異種銘柄を上被せして積み付けることができれば、原料ヤードの運用効率を飛躍的に高めることができ、非常に有利である。それには、異種銘柄間の境界面Ｆを管理できることが大前提となり、そのために原料山Ｒおよび各銘柄領域Ｇ１，Ｇ２の存在範囲を三次元的に管理することが必要になる。
【００１９】
三次元空間の座標計算方法は種々考えられるが、原料ヤードの状況をリアルタイムで把握・管理するには高速で演算処理する必要があり、それにはデータ量はできるだけ少なく且つ演算ロジックはできるだけ簡単な方が有利である。
これら両方の観点で、本発明の原料ヤード三次元管理方法は、想定される種々の方法の中で最も優れている。
【００２０】
図４に、本発明の方法を含めて、想定される典型的な３種類の三次元管理方法の原理図を示す。
図４(1) に示した方法は、対象とする全領域を立方体（例えば１辺１０ｃｍ）で区切り、その各範囲内で山の有無を管理する方法である。この方法は、モデルの構造が単純で感覚的にも分かり易い点が長所であるが、データ量が膨大にならざるを得ないという欠点がある。例えば、幅５０ｍ，長さ６００ｍの有効寸法を持つ原料ヤードに原料山が最大２０個存在する場合、このヤード全体についての必要なデータ量は２．８ＧＢ程度になる。
【００２１】
図４(2) に示した方法は、対象領域全体を原料ヤードの幅方向（ｙ軸方向）に例えば１０ｃｍ単位で区切り、その各点について山の存在範囲を高さ方向の座標軸（ｚ軸）および長さ方向の座標軸（ｘ軸）で規定されるｚ−ｘ平面上の多角形として管理する方法である。データ量は、上記と同じ原料ヤードについて最大１ＭＢ程度、通常は３００ｋＢ程度と少なくてすむ点が長所であるが、各ｙ座標についてｚ−ｘ平面上での多角形の構造が複雑になり、データ処理の演算ロジックが複雑にならざるを得ないという欠点がある。
【００２２】
これに対して本発明の方法は、図４(3) に示したように、原料ヤードの幅方向の軸（ｙ軸）と高さ方向の軸（ｚ軸）とで規定されるｙ−ｚ平面を例えば１辺１０ｃｍの正方形メッシュで区切り、各メッシュ内の代表点（例えば正方形の中心）について山の存在範囲を長さ方向（ｘ軸）の線分の両端のｘ座標で管理する。この方法は、感覚的には山の形状を掴み難いが、データ量が比較的少なくて済む上、非常に簡潔な演算ロジックで処理できるので、高速処理によるリアルタイム管理に極めて適している。データ量は、上記と同じ原料ヤードについて最大１６ＭＢ程度、通常は４ＭＢ程度である。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
図５（Ａ）および（Ｂ）に、原料の積み付け機（スタッカー）および払い出し機（リクレーマ）による原料山の積み付けおよび払い出しの操作の例をそれぞれ示す。
【００２４】
スタッカー１０の基本構造は、原料ヤードに沿って敷設された軌道１２上を走行するための走行部１４と、走行部１４から延びた腕（ブーム）１６とから成り、図示しないベルトコンベアで搬送されてきた原料をブーム１６の先端から原料ヤード上に落下させて積み付け、原料山Ｒを形成する。なお、図示はしていないが、スタッカー１０は走行位置検出装置および積み付け高さ検出装置を装備している。
【００２５】
リクレーマ２０の基本構造は、原料ヤードに沿って敷設された軌道２２上を走行するための走行部２４と、走行部２４から延びた腕（ブーム）２６とから成り、ブーム２６の先端にある掻き取り装置２８で原料山Ｒから原料を掻き取ることにより払い出しを行い、図示しないベルトコンベアにより後工程へ搬送する。図示はしていないが、リクレーマ２０は、走行位置検出装置、ブーム２６の俯仰角度検出装置、およびブーム２６の旋回角度検出装置を装備している。
【００２６】
図６(1) (2) (3) および図７(1) (2) (3) を参照して、(1) 積み付け、(2) 払い出し、および(3) 上被せ積み付けの処理手順を説明する。図８には、三次元管理全体の機能ブロック図を示す。
図６(1) の積み付け操作においては、図５（Ａ）のような走行式積み付け機（スタッカー）１０の旋回腕１６の先端から原料粒を原料ヤード上に積み付けて原料山を形成する。これは、図６(1) に示したように、先ず所定高さまで円錐形に積み付けて第一領域Ｒ１を形成し、次いで、既に積み付けられている領域Ｒ1,Ｒ2,・・・の傾斜端面上に上被せして上記の所定高さまで積み付けて第二領域以降Ｒ2 〜Ｒn を順次形成することにより行う。
【００２７】
その際、各領域Ｒ1 〜Ｒn の形成毎に、スタッカーの走行位置、腕先端の旋回位置、積み付け高さ、および原料粒の安息角θ（図６(1) ）の情報を、図８のスタッカー制御用オペレータ入力装置に送り、先ず円錐形の第１領域Ｒ１のみから成る原料山の位置および三次元形状を図７(1) の処理フローで計算し、次いで第２領域以降Ｒ2 〜Ｒn の上被せ部分について位置および三次元形状を図７(3) の処理フローで計算し、図３に示したように全メッシュについて原料山Ｒの両端面Ｐ１，Ｐ２と長軸線Ｌとの交点ｘ１，ｘ２を両端とする線分ＳＲを求め、データを図８の三次元座標管理計算機に送り、全メッシュについての線分ＳＲの束として原料山Ｒの三次元的な存在範囲を管理する。
【００２８】
図６(2) の払い出し操作においては、図５（Ｂ）のような走行式払い出し機（リクレーマ）２０の旋回腕２６の先端にある掻き取り装置２８により原料山Ｒの一端面から原料を掻き取って原料を払い出す。
その際、掻き取り装置２８の作動軌跡の情報を図８のリクレーマ制御用オペレータ入力装置に送り、原料山Ｒの払い出し側端面の位置および三次元形状を図７(2) の処理フローで計算し、全メッシュについて長軸線Ｌと払い出し側端面Ｆとの交点ｘＦ（図３）を原料山Ｒを表す各線分Ｓ１の新たな一端として求め、データを図８の三次元座標管理計算機に送り、全メッシュについて線分Ｓ１の束として上記払い出し後の原料山Ｒの三次元的な存在範囲を管理する。
【００２９】
図６(3) の上被せ積み付け操作は、図６(1) の積み付け操作の第２領域以降を積み付ける操作と基本的に同様であり、第１原料の原料山の端面Ｆに被せて第２原料を積み付けて原料山の長さを増加させる。その際に、第１原料と第２原料とが同種銘柄の場合には、端面Ｆを表す線分の一端ｘＦ（図３）の移動として、上記長さ増加後の新たな端面Ｐ２を表す。一方、第１原料と第２原料とが異種銘柄である場合には、長さ増加前の元の端面Ｆおよび長さ増加後の新たな端面Ｐ２と長軸線Ｌ（図３）との交点を両端とする線分ｘＦｘ２を求める。いずれの場合にも、得られたデータを図８の三次元座標管理計算機に送り、全メッシュについての線分の束として、長さ増加後の原料山内にある第２原料からなる異種銘柄領域を管理する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、原料山の存在範囲の変動を各メッシュについて単に線分の長さ変化すなわちFrom座標（ｘ１）, To座標（ｘ２）の２点のみの変化で管理できるので、データ量も比較的少なくて済む上、座標修正の処理ロジックが容易であり、そのための演算時間も短くて済み、高速処理によるリアルタイムの三次元管理が可能となる。また、山の両端で切り出し段の高さが異なる場合にも適用できる。
【００３１】
これにより、単一の原料山内にある異種銘柄間の境界面を高精度で把握し管理することができるので、ある銘柄の原料山の端面に上被せして異種の銘柄の原料を積み付けることが可能になり、原料ヤードの運用効率を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(A),(B) は、単一銘柄の原料の原料山を途中まで払い出した状態を示す(A) 平面図および(B) 断面図である。
【図２】図２(A),(B) は、第１銘柄の原料の原料山を途中まで払い出した後、その払い出し側端面に上被せして第２銘柄の原料を積み付けた状態を示す(A) 平面図および(B) 断面図である。
【図３】図３は、本発明による三次元座標管理方法の原理を示す斜視図である。
【図４】図４(1),(2),(3) は、本発明の方法を含めて、想定される三次元座標管理方法の原理を比較して示す斜視図である。
【図５】図５(A),(B) は、 (A)積み付け機（スタッカー）および (B)払い出し機（リクレーマ）の一例を示す正面図である。
【図６】図６(1),(2),(3) は、(1) 新たな原料山の積み付け、(2) 原料山からの払い出し、および(3) 途中まで払い出した原料山の払い出し側端面への上被せの各操作を模式的に示す断面図である。
【図７】図７(1),(2),(3) は、(1) 一回の積み付けにより形成される円錐形領域の三次元的存在範囲を計算する手順、(2) 払い出しによる原料山の存在範囲の変化を計算する手順、および(3) 既に存在する原料山の端面に上被せして積み付けた場合の新たな原料山および原料山内の異種銘柄領域の存在範囲を計算する手順をそれぞれ示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明による三次元管理を行うための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０…スタッカー（積み付け機）
１２…スタッカー走行用軌道
１４…スタッカーの走行部
１６…スタッカーの腕（ブーム）
２０…リクレーマ（払い出し機）
２２…リクレーマ走行用軌道
２４…リクレーマの走行部
２６…リクレーマの腕（ブーム）
２８…腕先端の掻き取り装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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