計測自動制御学会産業論文集（）

   

自動コンテナターミナルにおける運用を考慮した
星 野 智 史£ ・太 田

 搬送システムの設計Ý順£

篠 崎 朗 子££ ・橋 本 英 樹££                        


      Æ                                                                                                                                                 !                                                           

段階に費やす時間コスト，およびシステムの構築コスト削減

序論のためには本問題を解決するための設計方法論が必要となる．星野らは待ち行列ネットワーク理論ならびに搬送モデル

近年の港湾物流におけるコンテナ貨物の取り扱い量は，（シミュレータ）をハイブリッドに用いた （ 

アジアを中心に世界規模で年々増加傾向にある  ．このよ   ）搬送システムの最適設計方法論の提案をうな傾向から，港湾物流システムの自動化に対する需要が行っている  ．また，搬送システムのレイアウトに対して，高まり，様々な視点から自動化に向けた研究がなされてい
 



．これら港湾コンテナターミナルの自動化に向けた

垂直型や水平型といった搬送システムが存在する場合，各レ研究の中には，マルチエージェントを適用するための分散

イアウト特性の比較および評価を行い，最も効率的に搬送

エージェントシステムアーキテクチャの提案を行っているもを行うレイアウトを把握する必要がある．そのため，問題るのも存在する  を考慮する必要があり，星野らは本問題に対し，搬送時．本研究においても，システム内で稼動間に基づいたシステムの特性比較を行っている  ．また，問する荷役・搬送・蔵置機械群をそれぞれ作業エージェント群
としてとらえ，これら多種多様なエージェント群による高効

題  および  を統合的に扱った研究として，様々な搬送

率な自動搬送システムを構築する．構築にあたっては，以下システムを想定し，最も高効率な搬送システムの評価をシに示す三つの問題を，統合的に解決する必要がある．

ミュレーションモデルのみを用いて行っているものも存在す

る  ．星野らも問題  および  を統合的に扱い，搬送シ 搬送システムの最適設計
 搬送システムの比較・評価・解析 搬送システムの効率的運用
問題  は，「搬送システムに対する要求仕様を満たす最ステムを構築するための総合コストを最適設計パラメータに基づいて比較し，有効性の評価・解析を行っている  ．
これら従来研究の，「より効率的な搬送システムの構築を

小限の作業エージェント投入台数の組合せを短時間で導出行う」という観点から，ある種のコスト設定の下では，港湾する」，という設計方法論に関する問題のことである．設計

自動コンテナターミナルにおいて従来導入されてきた垂直型

 搬送システムに比べ，水平型  搬送システムが有

 ¡


Ý 第
回自律分散システムシンポジウムで一部発表£ 東京大学大学院工学系研究科 東京都文京区本郷££ 三菱重工業（株） 相模原市田名£££

効であることがわかっている  ．そこで，本研究でも     !"  #"$! %&  '(" )*% !  +,（-* ./ 
）



に示す水平型  搬送システムの構築を行う．しかしな

がら，水平型搬送システムでは  以外にもコンテナ蔵置エリアにおいて稼動する " （"#$  Container ship

QCC

QCC

Route

AGV (loaded)
RTGC

Container storage location

AGV (empty)
Route   (!%( 0!( .1 !( /!(! " !2  ( (%!2(!* !(!2( .3 ）もシステムにおける重要な作業エージェントとなる

110 [m]32 [m]

Transportation area

ため，垂直型と比べ，搬送システム全体として複雑な制御をContainer ship

QCC

アへと搬送・蔵置する」といった，搬送システムの効率的な350 [m]

運用方法論である問題  について考慮し，高効率搬送シ
ステムの設計を行う．

Work path

RTGC

320 [m]

短時間でコンテナ船に積まれているコンテナ群を蔵置エリ

Container yard area

Quay area

行う必要がある．以上のことから本研究では，「可能な限りStopping AGV

nth location

3rd location

AGV (Empty)

2nd location

に関する従来研究として，様々な運用パラメータを決定する

1st location

AGV (Loaded)

自動コンテナターミナルにおける搬送システムの運用法
ことにより作業シナリオを生成し，これらをイベントベース
シミュレーションにより評価するといったことがなされている．しかしながら，主に埠頭側（コンテナ船

Transportation area  '0!( ("%!  .1 !( /!(! " !2
!/ 4埠頭）でのコンテナ荷役作業のシナリオに注目しており，陸側でのコンテナ搬送および蔵置問題に関しては，コンテナの搬送先の要がある．

決定を行うのみにとどまっている．これに対し本研究では，

ついで，これら構築された各運用モデルを水平型  搬

陸側における作業の詳細なモデル化を行う．すなわち，「当該送システムへ実装する．提案した設計方法論  を用いるこコンテナを蔵置エリア内のどこへ搬送・蔵置するか，それらとにより，様々な要求仕様に対する  および "  台の順番はどうするか，蔵置エリアではどの "  が作業を担当するか，当該 "  をどのタイミングで決定するか」，数の算出を行う．そして，構築された各システムの作業効率などといったことについて考慮する．そのため，運用モデル

最も効率的な運用法を考察することで，問題  を考慮しを意味する構築コストの比較ならびに評価を行う．最後に，を以下の % つと定義し，これらの設計を行う必要がある．

ながら問題  を解決する．

 異質エージェント間における協調行動則の設計

本論文では，& 章で港湾自動コンテナターミナルにおける 搬送システムでは様々なエージェント群が稼動してい 搬送システムについて述べ，% 章ではエージェント間るため，作業仕様の異なるエージェント群により同一の作業における協調行動則の設計を行う．' 章ではコンテナ蔵置スを効率的に行うためには，各エージェントに適した行動則設

ケジューリングについて述べ，( 章ではコンテナ搬送計画に計を行う必要がある．

ついて述べる．そして，) 章では，%

 コンテナ蔵置場所での蔵置順序の設計（蔵置スケジュー( 章の運用モデルを考慮した  搬送システムの設計を行う．

リング） 搬送システムでは，作業指令は複数の地点から発生

港湾自動コンテナターミナルにおける 

し，かつ作業目的地が複数である（多点間搬送）．そのため，搬送システム図るため，作業を行う順序をスケジューリングする必要が  レイアウト設定

 が行う搬送および "  が行う蔵置作業の効率化をシステムのレイアウトに関して，本研究では，! * のある．

水平型  搬送システムを，最適設計のため

 コンテナの搬送・蔵置先の設計（搬送計画）

 に示

すように，埠頭，搬送，コンテナ蔵置の % 種類，' つのエ

多点間搬送を行う  搬送システムにおいて，どの作業目

リアに分割して考える．実際の港湾自動コンテナターミナ的地へコンテナを搬送・蔵置するか，あらかじめ計画する必##

ルでは，埠頭の幅（* +, -）はあらかじめ固定されてい /5(!  ! .1  -13 (* 633.1+(** 2/!"$(7 !( !" 82 9
 : :
.(!82 9 ,(!82 9: :-13$(7 !( !" 82 9.(!82 9,(!82 9
! !289

(  !289
633
+(* %(* !2 8 9:



Lane (Location)
4 Rows x 20 Bays x 4 Tiers = 320 [TEU]
1 container = 1 [TEU]32

Bay = 20 [feet]

0[

m]
Wo
rk

pa

Tier

th
Row

  3!( !( (!
る．そのため，一般的には埠頭の長さに応じた台数の .（.    ）がトップダウン的に投入される．
したがって本研究では ! & が示すとおり，* +, - の長さを %(/ +- とし，% 台の . を投入し，これらを設計対6 07 * 埠頭エリアで稼動する . がコンテナ船から
 へコンテナを荷役する．
6 07 & コンテナ蔵置エリアにあるコンテナ蔵置ロケーショ

象とはしない．なお，コンテナ搬送指令は埠頭エリアにおいンのいずれかの場所が当該コンテナの目的搬送・蔵置先

ションに投入される "  台数は & 台とした．また，コン

6 07 %  は搬送エリアを通りコンテナ蔵置エリアへとた．ここで，作業経路とは，蔵置エリア内における  の

6 07 ' 作業経路を走行し， が目的ロケーションに隣て各 % 台の . から均等に出される．さらに，各ロケーになる．

テナ蔵置エリアにおける  の作業経路を * 本と設定し向かう．

搬送および "  とのコンテナの受け渡しを行うための専接する受け渡し・蔵置位置に到達する．

6 07 (  は "  とコンテナの受け渡し作業を行う．
6 07 ) 受け渡されたコンテナは，"  によりロケー
ション内へと蔵置される．作業を終了した "  はア

用経路を意味する．

 にコンテナ蔵置場所となるコンテナ蔵置ロケーションを示す．本研究では，* ロケーションあたり，%&/ +（' "01-

 &/ ,   ' ）のコンテナ蔵置キャパシ

ティを有するものとする．ここで， 01 とは 2

イドリング状態になり，つぎの蔵置指令を待つ．

6 07 8 コンテナを受け渡した  は，再び搬送エリア
を通り，埠頭エリアへと戻る（6 07 * へ）．

  03   1 4 のことで，&/ フィートコンテナ換算のコ  エージェントの作業仕様  に ，" ，および . の仕様を示す  ．

ンテナ取り扱い個数の単位のことを意味する．

  問題設定

台数の他に，以下に示す運用項目を設計対象とする．また，設計された  および "  のパラメータは，構築され はコンテナを搬送中の場合と非搬送の場合でそれぞれ走行速度ならびに加減速度が異なるため，それらは 29 4
および 20 4 で示されている．"  は移動走行時以外たシステムにおける評価要素となる．本研究では後述するコの仕様として，コンテナ蔵置エリアにおけるコンテナの受けび "  の投入台数を算出し，構築コストの比較ならびには自身による移動は行わないため，埠頭エリアにおけるコン評価を行う．制約条件に関しては，コンテナ蔵置エリアにおテナの荷役作業に要する時間のみが示されている．

本研究では問題設定として， および "  の投入

渡しならびに蔵置作業に要する時間が示されている．.

ストモデルを設計の際の評価関数として導入し， およける各ロケーションの最終蔵置率に大きなばらつきができな

いように蔵置を行い，これを蔵置制約とする．本研究では実  行動則のフレームワーク

際の自動コンテナターミナルにおける蔵置率を考慮し，コン

均質なエージェントシステムを扱った研究として，吉村らテナの搬送・蔵置を行う際，各ロケーションの蔵置率が，平均蔵置率に対してエージェント間における協調行動則の設計

%/+5- 以内になるようにする．

は，群ロボットを用いた多数物体の二点間における繰返し  投入台数
 "  投入台数
 エージェントの行動則 コンテナ蔵置スケジューリング
 コンテナ搬送計画

搬送計画を行っている  ．しかしながら，多点間搬送に関する議論はなされていない．太田らは，ベルトコンベア搭
載型  の協調による物体の搬送システムの構築を行っている  ．これら従来研究では，すべて同一種のエージェン

ト群による物体の搬送および受け渡し動作である協調行動  搬送手順に注目している．しかしながら，異質なシステムを扱う本 は ! & のシステム内を，以下の手順で "  と研究では，エージェント間での仕様が異なるため，すべてのエージェントに対して同様の行動則を設計しただけでは協調行動をとりながら巡回搬送する．

*//

DistanceA

DistanceB

Workspace of RTGC_A

RTGC_A

AGV_A

Destination point of AGV_A

AGV_B

Select RTGC_B(a) The AGV_A selects the RTGC_B based on theworkspace(a) The AGV_A measures the relative distances of
the RTGC_A and RTGC_B

Workspace of RTGC_A

DistanceB

RTGC_A

RTGC_B

AGV_A

AGV_B

Destination point of AGV_A
Measure RTGC_A and RTGC_B

DistanceA

Workspace of RTGC_B

RTGC_A

RTGC_B

RTGC_A

Workspace of RTGC_B
RTGC_B

RTGC_B

AGV_A

AGV_A

(b) The RTGC_B moves to the point

Select RTGC_B(b) The AGV_A selects the RTGC_B based on therelative distances



AGV_B

AGV_B



, !(&( * -13 ! 4 ( .1 ((! ( * !(! /! !/ 4;# /(&( * -13 ! 4 ( .1( (! ( * !(! /! !/ 4いる場合においても，"  , が * すでに他の  によりコンテナの受け渡し相手として選択・呼び出しされて効率的な協調行動を実現することは困難となる．たとえば，いる場合，あるいは & コンテナ受け渡し・蔵置作業中の場

* より， と比べ移動性能の低い "  はロケー

合，  は遠くに位置している "   を選択する．

ション上において俊敏な行動をとることが不可能である．そける効率的な作業の実現のためには，「いつ，どこで，いか% & &  による作業空間選択法に基づいた目的位置
到着後の "  選択・呼び出し に  の目的作業位置到着時における作業空間に基づいた "  の選択行動過程を示す．この場合，" 間での交差行動は行わず，各 "  に対してそれぞれ独立にして協調行動を行うか」，といったことを考慮する必要がした作業空間を割り当て，割り当てられた作業空間内におのため，前述の協調行動（607 ' )）のみでは，
が先に目的位置に到着し，そこへ "  が後から向かってくる作業工程になってしまうため，受け渡し作業開始までに時間がかかってしまう．すなわち，異種エージェント間における受け渡し・蔵置作業を各 "  が受けもつようにする．

ある．そのため本研究では，以下に記す    の " ! (  の示すとおり，  が作業目的位置に到着し，選択法，   の "  選択・呼び出しタイミング，にコンテナ受け渡し "  を選択する際，目的位置に対して，

 & : ' 通りの行動則設計を行う．
  の "  選択法
Æ 近傍選択法Æ 作業空間選択法
  の "  選択・呼び出しタイミング
Æ 作業経路上の目的位置到着後
Æ 目的作業経路進入後ついて注目し，&"   が "  , に比べ，近いところに位置している．

しかしながら，当該コンテナの受け渡し・蔵置作業空間が違うことから，  は "  , を選択し，目的地へと呼び出す（! (）．なお，本研究では各ロケーションに投入される & 台の "  に対して均等に作業空間を割り当てた．すなわち，! % より各 "  は ' "

 '  の作業空間を有する．

次節において，それぞれの行動則について説明する．

  行動則設計% & %  による近傍選択法に基づいた目的作業経路
進入後の "  選択・呼び出し は  の作業経路進入時における，近傍選択法に基づいた "  の選択・呼び出し行動過程を示している．
  は作業経路に進入後，各 "  と通信を行い，走行中に目的地に対する各 "  との相対距離をセンシング
し，目的位置に近い方に位置する "  , を受け渡し相手として選択する（! ) ）．"  , には  が目的位

% & *  による近傍選択法に基づいた目的位置到着
後の "  選択・呼び出し は  の目的作業位置到着時における近傍選択法
による "  選択行動過程を示している．   が作業目的位置に到着した際，当該ロケーション上で稼動している

各 "  までの距離をセンシングする（! ' ）．このとき & 台の "  ともアイドリング状態の場合，  と"   ならびに "  , との相対距離により， に近い方に位置する "  , が受け渡し相手として選択・呼び出される（! '）．ただし，"  , が近い位置に

 */ , 

置に到着する前に同様の目的位置が設定され，移動を開始する（! )）．

*/*ここで % & * 項同様，"  , が近い位置にいても，

DistanceA
RTGC_Aる．  は作業経路に進入後，各 "  と通信を行い，DistanceB
RTGC_B

当該コンテナの目的蔵置位置に対応する作業空間を有した"  を認識する．そして "  , を選択し，目的位置へと呼び出す（! 8 ）．呼び出された "  , は移動
AGV_A

を開始する（! 8）．

AGV_B

作業空間選択法においても % & % 項同様，前方ですでにDestination point of AGV_A
Measure RTGC_A and RTGC_B based on Distance A and B"  と通信を行っている  や "  を選択・呼び出(a) The AGV measures the relative distances of
the RTGC_A and RTGC_B; it selects and calls
the RTGC_B
DistanceA
RTGC_Aしを行っている  が存在する場合，当該  の通信が終了するまで通信を開始しないものとする．

DistanceB

RTGC_B

コンテナ蔵置スケジューリング  蔵置スケジューリングのフレームワーク
自動コンテナターミナルにおけるコンテナ蔵置スケジュー

AGV_A

リングに関する従来研究では， に対して，何らかの

AGV_B

Select RTGC_B

ディスパッチングルールに基づき蔵置指令を与え，それらの(b) The RTGC arrives at the destination point
before the AGV arrives

性能評価を行っている   ．しかしながらこれらの研究では，作業エージェントとして  のみが用いられている  , !(&( * -13 ! 4 ( .1 ! ( 4# /(! !/ 4ため，蔵置エリアにおける異種エージェント間での協調行動などは考慮されていない．そのため，任意に生成された搬
送・蔵置指令に対し，これらをどの  へ割り当てるかとWorkspace of RTGC_B

Workspace of RTGC_A
RTGC_A

RTGC_B

いったことのみが議論されている．すなわち，各ロケーショ
ンに対する搬送作業の順番は考慮されているが，ロケーショ
ン上における蔵置作業の順番を考慮した搬送・蔵置指令の割
AGV_B

AGV_A

Select RTGC_B

り当てに関しては議論されていない．そこで本研究では，各

Destination point of AGV_A

ロケーション上における作業順序のスケジューリングについ(a) The AGV selects and calls the RTGC_B basedon the workspaceて，作業順序を考慮しないランダム蔵置の場合と，作業順序を考慮した場合について設計する．

  ランダム蔵置Workspace of RTGC_B

Workspace of RTGC_A
RTGC_A

RTGC_B

ランダム蔵置とは，各ロケーション上における作業順序 の 2が考慮されていない蔵置法のことである．

AGV_A4 がコンテナ搬送計画により決定されたコンテナ搬
9 にはすべて（"，, ）情報が収められている．ランダム蔵置の場合， はこれら生成されたコンテナ搬送指令を初期状態のまま順番に実行し，搬送されたコンテナは "  に

AGV_B

送・蔵置指令の初期状態を示している．蔵置位置 

Select RTGC_B(b) The RTGC arrives at the destination point
before the AGV arrives  ;# /(&( * -13 ! 4 ( .1 ! ( 4# /(! !/ 4

より順番に蔵置される．したがって，ランダム蔵置では，作業時の "  の総移動量が無駄に増加してしまう場合が存"  , が状態 * あるいは & にある場合などは，
は遠くに位置している "   を選択する必要がある．また，作業経路上における  の走行密度が高くなるにつれ，前方ですでに "  と通信を行っている  や " を選択・呼び出しを行っている  が存在する場合が増加する．その場合，後方  は当該  の通信が終了するまで通信を開始しないものとする．なお，;"  間

在する．そのため，作業経路上における  の渋滞が発生

してしまい，作業効率は悪化してしまうことが予測される．

  蔵置スケジューリングを適用したコンテナ搬送・蔵置
本研究では，任意に生成された蔵置指令に対して，" の移動性能を考慮する，すなわち， "  の総移動量

 各ロケーションおよび作業経路上におけるの最小化，

;"  の作業密度の均等化，を目的としたコンテナ

での通信は，コンテナの受け渡し作業開始時まで行われる．

% & '  による作業空間選択法に基づいた目的作業
経路進入後の "  選択・呼び出し は  の作業経路進入時における，作業空間選択法に基づいた "  の選択・呼び出し行動過程を示してい

蔵置スケジューリングを行う．そのため，まずはじめに各

ロケーションに対して "  の作業空間を設ける．なお，

ここでの作業空間は，% & & 項と同様に，各 "  に対して均等となるように与えている．! $ の "   ならび*/&に "  , の位置を作業開始時の初期位置とし，任意に生

J

F

L

C
B

D

G

K

H

E

A

[Initial orders]Sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12J B D F E C L K I A H G
TaskI[Scheduled orders]Sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
A B C D E F G H I J K L
Task[Rescheduled orders]Sequence 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Task
A H B C I J D K E F G L  7(2/  !( !( *% !/ 4
成された蔵置指令に対し，

Qu

ay76.9 [%]-si

246 [TEU]

de

-w

eig

hte

+30 [%]

RTGC_Bds

tor

46.9 [%]age

Equivalent storage
150 [TEU]-30 [%]

Transported and stored container rate [%]Workspace of RTGC_B

Workspace of RTGC_A
RTGC_A

54 [TEU]

16.9 [%]

1

2

3

4

Location number  7(2/  <%( (* <%(" *4!*!( /!(! * /(! %

 に基づき "  が一方向へ移動しながら作業を行えるように作業順序を入れ替え，これを 26 4 とする．本スケジューリングにより，ロケーション上における "  の往復運動は無くなる．

必要がある．そこで本研究では，コンテナ搬送計画を行う際

しかしながらこれらスケジューリングされた蔵置指令をそに，コンテナの搬送・蔵置先をランダムに決定するランダムのまま実行しようとすると，搬送以外に，均等搬送および埠頭側加重搬送ルールを設け，         の順番

これら搬送ルールに基づいた各ロケーションに対する搬送・で作業を行うため，ロケーション左側で作業を行っている"   の作業密度が高くなってしまう．そのため，
に基づいた再スケジューリングを行う．すなわち，! $ の示す各 "  の作業初期位置から近い場所で行われる蔵置
作業の順に，指令の順番を入れ替える．! $ の作業指令 および  といった，各 "  の初期作業位置からの距離が蔵置コンテナ数を，蔵置制約を満たす範囲内で短時間に決定する．ここで，簡単化のため，作業開始時にはロケーション
上に蔵置されているコンテナはないものとして搬送計画を行った．なお，蔵置されているコンテナが存在する場合は，! % の示すコンテナ蔵置キャパシティを減じることにより，等しかった場合，これらの作業順序はランダムに決定する．
そして，これを 2" 4 とする．なお，本節同様の搬送計画を行うことができる．

  ランダム搬送

ランダム搬送ルールでは，コンテナの搬送・蔵置される目では説明のため，ロケーション数が一本の場合のみを扱っているが，ロケーション数が & 本以上の場合も，同様のスケ的ロケーションはランダムに決定される．そのため，各ロ

ジューリングが各ロケーションに対して行われる．その際，ケーション毎の搬送コンテナ数が乱数の影響により多少不均等になる．ロケーション上での蔵置制約として，! % よコンテナをどのロケーションへ搬送・蔵置するかは，次章でり，* ロケーションあたりに最大で蔵置できるコンテナ数は述べるコンテナ搬送計画により算出されるコンテナ搬送頻%&/+ 01- とする．

度に基づき，乱数により決定する． はこれらオフライ  均等搬送

ンでスケジューリングされた搬送指令を順に実行し，搬送されたコンテナは順番に "  により蔵置される．



均等搬送ルールでは，各ロケーションに搬送されるコンテ
ナの数はすべて均等としている．したがって，総搬送コンテ

コンテナ搬送計画

ナ数が )//+

01- でロケーション数が ' 本の場合，各ロケー
ションには *(/+ 01- 搬送されることとなる（）．な
お ! # の横軸に関して，第 * ロケーションから順に埠頭側より配置されている．また，! % より * ロケーションあたりのコンテ蔵置ナキャパシティは %&/+ 01- であることから，最終蔵置率は各ロケーションで均等の ')#+5- となる．
ここで，蔵置率とは，2蔵置されたコンテナ数 < ロケーショ
ンのコンテナ蔵置キャパシティ4 を意味している．

  搬送計画のフレームワーク
コンテナ搬送計画に関して，どのロケーション上のどの蔵
置位置にどの程度のコンテナを搬送したら最も作業効率が良くなるのかということについて，あらかじめ最適搬送計画を行うことは可能である．しかしながら，自動コンテナター
ミナルのような大規模な搬送システムにおいては，最適な搬送計画を行うために膨大な計算時間を必要とし，さらに，最  埠頭側加重搬送

適搬送計画を行ったとしても実際のシステム内においてエー
ジェント群が計画通りに作業を遂行することが極めて困難で

埠頭側加重搬送ルールでは，! # が示すとおり，埠頭側ある．また，埠頭側のロケーションに重点的に搬送・蔵置をのロケーションより優先的に搬送を行う．しかしながら，埠行うことにより，短い搬送経路による作業時間の短縮が可能

頭側より順にロケーションのコンテナ蔵置キャパシティの上であるが，"  の各ロケーションに対する投入バランス限に達するまでコンテナを搬送・蔵置していては，結果として蔵置率の極端に高い埠頭側のロケーションと，そうでないを考慮すると，ロケーション毎にある程度の負荷分散を行う*/%

  " !2 2((2! 2* %* (*2 !( /!(!-13 ! 2!*-,, , ,
; ;
;
;
-13 ! = (%! !2
,> ,> ;> ,> ;> ,>;>,>;>3!( !( *%
¢
¢
¢
­
­
¢
¢
­
­
$((2! 2* %2&*



?
?
?


:
,@ , !(&( * -13 ! ;@ ;# /(&( * -13 ! -@ -(*2 -13 !
,>@  ! , !(! >! ;>@  ! ;# >(! ¢@ -(*2 !( ­@ !( *%
ケジューリングは "  の作業空間を基に行われるため，

ロケーションが生じてしまうことになる．実際の搬送現場
ではこのようなことは行われておらず，本研究でも & & 節
各ロケーションの最終蔵置率に対して，最大，最小蔵置率が"  選択法 >6 をとった場合，蔵置スケジューリングが行われることはない．また，"  選択法 ?6 をとる場合，
目的位置よりも作業経路進入後に "  を選択し，呼び出それぞれした方が効率が良いことは明らかである．したがって，それでの議論を考慮し，蔵置制約として，均等搬送を行った際の%/+5- の蔵置率におさまるように，搬送・蔵置コンテナ数に勾配をつけ搬送計画を行う．したがって，総搬送コンテナ数が )//+

らを

01- で，ロケーション数が ' 本の場合，

しない．

 

埠頭側の第 * ロケーションより順に第 ' ロケーションまで，

， 投入台数設計を考慮した設計制約) * 節で述べた設計手順にしたがい，実装した運用モデ
ルの下， および "  の投入台数を算出する．ただ&')，*#$，*/&，('+ 01- だけ搬送される．
& において 2;4 で示し，本論文では比較対象とはシステム設計し，無駄にエージェントの投入台数を増やすことを避けるた  設計手順

め，投入台数の上限を :%/，" :&/ に設定した．

入力として与えられる総搬送コンテナ数および要求搬送

搬送・蔵置コンテナ総数を )// +完遂時間より得られる要求仕様から，設計解算出までの設

位時間あたりのコンテナ搬送量（

01- とした．要求仕様は単 + 01<-）とし，本設計では */+ 01<- から */ ずつ，最高で *%/+ 01<- まで与え，各要求仕様に対する設計解を導出

計手順について述べる．なお本研究では，要求仕様として，後述するスループットを用いた．%，'，( 章で構築してきた 搬送システムの運用モデルをすべて実装した場合，'通りの行動則，& 通りの蔵置スケジューリング， % 通りの搬する．

  コストモデル

送計画となり，評価する対象が膨大になってしまう．そのた

本設計プロセスにおいては，以下に示すコストモデルをめ，まずはじめにコンテ搬送計画をランダム搬送に固定し，用いることにより，設計パラメータの組合せを唯一に算出す& に示す各運用モデル * ) に基づいたシステムを構築する． および "  の投入台数を設計する際には，る．ただし，コストモデルを導入してもシステムの構築コス

7"=066 * 要求仕様の入力．
7"=066 & %，' 章で構築してきた  搬送システムの    :    @   ，ここで， ， はコスト係数のことであり，本研究では，
と "  の価格および設備投資費を考慮し， A  : * A &文献  の設計方法論を適用した．

運用モデルをシステムへ実装．

7"=066 % 投入台数の設計，構築コストの評価，および，トが同一の値となる場合があり，その場合に限り設計パラ
メータを複数算出した（たとえば ! */ など）．

に設定した．

  運用モデルによる作業効率の評価
! にランダム搬送の下， & の運用モデルをシス

最もコストの低い運用モデルの算出．

7"=066 ' 7"=066 % から算出された運用モデルに，( 章で構築したコンテナ搬送計画として均等および埠頭

テムへ実装した結果，得られた設計パラメータである  に得られた構および "  台数の組合せを示す．

側加重搬送ルールを適用．

7"=066 ( 投入台数の設計，構築コストの評価，最もコス
トの低い運用モデル，およびそのときの ，" 

築コストの比較結果を示す．グラフの横軸が要求仕様，縦軸が得られた設計パラメータとコストモデルに基づき算出されたシステムの構築コストを示している．モデル * では，要投入台数を設計解として算出．
エージェント行動則およびコンテナ蔵置スケジューリング

求仕様 *%/ を満たす設計パラメータを算出することができイミング（>7，?7），コンテナ蔵置スケジューリングの明らかに作業効率が悪いことがわかる．そのため，! ** にに関して，"  選択法（>6，?6），選択・呼び出しタなかった（! */ ）．つまり，モデル * の従来手法では

 ）をそれぞれ実装すると，合計 $ パターンのシ有無（ ，ステムが考えられる（

おいて，要求仕様 *%/ に対する構築コストも算出されてい ）．これに，文献 において
ない．これより，従来法では高効率搬送システムの構築が困用いられてきた従来の運用モデルとして，ランダム蔵置の難であることがわかる．また，! */ ならびに ! */

る方法（モデル *）を構築した．

台数を増加させることが  の投入台数の削減に対して影下  が目的位置に到着後，"  をランダムに選択す& において，蔵置スの設計パラメータが複数算出された場合において，" 

*/'

20
15
10
5
0
20

30

30
25
20
15
10
5
10

20

30

25
20
15
10
5
20

30

30

20
15
10
5
20

30

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour]

30

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour](c) Model 3)

Number of RTGCs
Number of AGVs

30
25
20
15
10
5
10

20

(e) Model 5)30

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour](f) Model 6)(* -13 !(!  !%! ( " !2
は，要求仕様が *&/ から *%/ に高められる際， 投入台

50

Construction cost [point]

20

0
10

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour]  %2&  .1

数に大きな増加があり（! */，! */），作業経路

Model 1)Model 2)Model 3)

進入時における "  の選択・呼び出しの有効性が確認でModel 4)きなかった．これは，システム内におけるエージェント群

Model 5)Model 6)

30

5

35

25

(d) Model 4)

40

10

40

Number of AGVs

0

0
10

15

10

Number of RTGCs

35
Total number of agents

Total number of agents

40

Number of AGVs

3020(b) Model 2)

Number of RTGCs

35

25

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour](a) Model 1)

40

Number of AGVs

30

0

0

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour]

Number of RTGCs

35

Number of AGVs

Total number of agents

Total number of agents

Total number of agents

25

10

Number of RTGCs

35

Number of AGVs

30

40

40

Number of RTGCs

35

Total number of agents

40の作業密度が高くなり，その結果，作業経路上での  台

数が増加する一方でアイドリング状態の "  が減少して

20

しまい， が作業経路上を走行中に "  と通信を行

10い，受け渡し目的位置へ移動させることが困難となってしまったためである．つぎに蔵置スケジューリングを行った場

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

合では，モデル ( に比べ ) がより効率的に搬送を行うこ

100 110 120 130とがわかった．これは，作業空間を "  毎に分離させる

Required throughput [TEU/hour]

ことにより作業密度を低減させ，その結果，作業経路での  32/(   %!  ! !!(  !%!  !
%* ! (*2 !( !( /!(!;"  間での通信が有効に機能したためであると考える．

響を与える場合があることがわかる．! */

! */
と ! */，  より，ランダム蔵置では，要求仕様 *%/ を満たすために，*&/ までの場合と比べ多くのエージェント，
特に  を投入する必要があることがわかる．
! ** において，モデル * 以外では，要求仕様が低い段以上のことより，コンテナ蔵置スケジューリングを行った

上で， が作業経路上に進入した際 "  を作業空間
選択法に基づき選択・呼び出しする運用モデル ) が最も効率的であることがわかった．

階では確認されなかった構築コストの差が，要求仕様が高  高効率運用法についての考察 は，最も作業効率の高い運用法であるモデル )

くなるにつれて顕著になっていることがわかる．その結果，を採用し，コンテナ搬送計画として，均等搬送および埠頭

築コストの差は，要求仕様 *&/ で最大 *$+

"  台数を示している．ランダム搬送による運用モデル) の結果，得られた  および "  の設計パラメータ（! */ ）と比べ，! *&  および  における  と"  の台数は少なく算出されていることがわかる．本結運用を考慮しないで設計されたシステム（モデル *）との構

側加重搬送ルールを適用した際に得られた， および

-（ B '$，  %/）となり，最大値に対して約 %$+5- の効率化を確認した．

ランダム蔵置における行動則の有効性の確認を行ったモデル &' では，モデル '，すなわち作業経路進入時に作業空間選択法に基づき "  を選択・呼び出す行動則が最も効率的であることがわかった．一方で，モデル & と % で果より，ランダム搬送より，均等および埠頭側加重搬送が高効率であることがわかる．ただし，! *& ， ともに，*/(要求仕様 *%/ に対して "  がそれぞれ ) 台，$ 台必要と

40
Total number of agents

 32/(   !( /!(! !2%2&  (!
A/!2( /(  89 : 89
<%( !( 89   896%(" *4!* !(   89   89

Number of RTGCs

35

Number of AGVs

30
25
20
15
10
5

が *%/ のときに各モデルによる構築コストの差が最大とな

0
10

20

30

り，均等搬送では %&+

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour]となった．作業効率では，ランダム搬送を適用したモデル(a) Management model 6) with equal transportation40
Total number of agents) に対し，均等搬送を適用した場合で *)%+5-，埠頭側加重搬送を適用した場合で */(+5- の効率化を確認した．さらに! ** における，従来運用モデル * と比較すると，要求仕様 *&/ の際に，均等搬送の場合で '$+5-，埠頭側加重搬送の場合で ')+5- の効率化が図られた．この結果より，均等搬送

Number of RTGCs

35

Number of AGVs

30
25
20
15

ルールに基づいた搬送計画が最も効率的であることがわかっ105た．これは，各ロケーションに投入されている "  台数

0が均等であるため，埠頭側加重搬送を行った場合，埠頭側の
10

20

30

"  がボトルネックとなってしまうためであると考える．

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Required throughput [TEU/hour]

以上のことから，本研究で設定したエージェントの作業仕(b) Management model 6) with quay-side-weighted
transportation様（よりコンテナの搬送・蔵置目的ロケーションを決定し，蔵置

スケジューリングを行った上で， が作業経路に進入後，"  を作業空間選択法に基づき選択・呼び出しする運用

50
Random storage (Model 6)法が最も高効率であることがわかった．すなわち，本研究でQuay-side-weighted storage

40*），コストモデル，および要求仕様に対して得られた  および "  の投入台数では，均等搬送計画に  %2&  .1 (* -13 !(!  !%! (" !2  ( <%* !%/%!

Construction cost [point]-，埠頭側加重搬送では %'+ -

構築した運用モデルの有効性，および，これら運用までを詳

Equal storage

細に考慮した設計を行う必要があることを確認した．また，

30

ランダム蔵置計画による各ロケーションに対するコンテナ
搬送・蔵置数のばらつきは，ロケーション % 本の場合，第 *20

ロケーション *$/+

01-，第 & ロケーション &/&+ 01-，第% ロケーション &*$+ 01-，ロケーション ' 本の場合では，
第 * ロケーション *')+ 01-，第 & ロケーション *''+ 01-，
第 % ロケーション *'#+ 01-，第 ' ロケーション *)*+ 01-

10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 110 120 130

Required throughput [TEU/hour]であった．このロケーション毎のコンテナ搬送・蔵置数の差が，ランダムおよび均等搬送による構築コストの差をもたら  32/(   %!  ! !!(  !%!  !
%* ! ( !( /!(! %している．

  コンテナ搬送計画の有効性なっている．これは，ロケーション & 本の場合では埠頭側加( 章において構築した，均等および埠頭側加重搬送ルール

重搬送を行うと極端に第 * ロケーション上の作業密度が高の有効性を搬送時間の観点より考察する．そのため，搬送時

くなり，作業効率が低下してしまい（第 * ロケーションへの間が最も短くなるよう各コンテナの搬送・蔵置先が計画されコンテナ搬送・蔵置数：%&/+

01-，第 & ロケーションへのコンテナ搬送・蔵置数：&$/+ 01-），そのため，ロケーショ
ンが % 本，' 本必要になったためである．

た最適搬送計画に基づいて行われた場合の搬送時間，および各搬送ルールに基づいて行われた場合の搬送時間の結果を，それぞれ

 に各搬送ルールを運用モデルとして実装した際に  に示す．なお，コンテナの最適搬送計画を行うにあたっては，コンテナの探索きざみは (+01-，蔵置
%/+5以内とし，解空間に対する全探索を行った． と " 得られたシステムの構築コストの比較結果を示す．要求仕様

制約として最終蔵置率を最大値，最小値をそれぞれが 8/ までは運用モデルによる構築コストの差はないが，要求仕様が高められるにつれ，ランダム搬送（モデル )）ではの設計パラメータはそれぞれ天下り的に，ロケーション本

数が % 本（*% 台，" ) 台），ロケーション本数が均等搬送および埠頭側加重搬送を行った運用モデルに比べ作業効率が悪化してしまっていることがわかる．要求仕様*/)' 本（*( 台，" $ 台），と設定した．本結果より，

均等ならびに埠頭側加重搬送に比べ，最適コンテナ搬送計画を行った場合の作業時間の効率化が見られる．しかしながら，この程度の時間の短縮による作業効率への影響はほとん
どなく，エージェント台数を減らせる程の効率化は達成できなかった．したがって，本研究で設けた搬送ルールは有効であることがわかる．

計算時間に関して，一組の ，"  台数パラメータに対するコンテナの最適搬送計画終了までに要した時間は，

7  ' 71 &$ CD の計算機を使用し，ロケーション% 本の場合で約 $ 分，ロケーション ' 本で約 & 時間 *( 分だっ

た．すなわち，最適搬送計画を様々な要求仕様および運用モデルに対して行った場合，* 回の計画時間

 要求仕様の数

 運用モデルの数，だけの計算時間が必要となることがわかる．これに対し，各搬送ルールを適用した際の計算時間は，それぞれ * 回の計画時間がロケーション数が % 本で *& 秒，' 本では *% 秒程度だった．そのため，*/ *%/+ 01<までの *% 通りの要求仕様，および ) @ & 通りの運用モデルに対して設計を行っても，設計回数の合計は */' 回程度となる．一組の  および "  の組合せ設計解算出に要する時間は，約 */ 秒程度であることから，*8 分程度ですべての設計解を算出することが可能である．したがって，計算時間の観点からも，本搬送ルールの有効性が確認することができる．

）B C(  @ .%!2(!* 3!( ( /! " !2
D!4 )(* >! (* 2(  * -D .%($! )!(! >(2）$% -&  @ . $%!.! " !2  !.%!2(!  ( >! 3!( 2( .%!2%.!
4# /  .!  )*% !"） 2 % !  @ , !&%!* .! .!!% >! .%!2(! >*  ! :! .%( )!
(!( 32/%! !4( (* .//(! 3
:  
:）星野智史 ほか @ 待ち行列ネットワーク理論を用いた .1 搬送システムの最適設計論 計測自動制御学会産業論文集   

結論

本研究では高効率  搬送システムの設計のため，システムの運用法に関して，エージェント間における協調行動則の設計，コンテナ蔵置スケジューリング，そしてコンテナ搬送計画などの運用モデルを構築した．そして，これら運用モ
デルを実装した各搬送システムに対して設計パラメータの算
出，構築コストの比較・評価，および運用法の考察を行い，

 搬送システムの高効率運用に向けたアプローチについて述べ，自動化に向けた課題  ならびに  を統合的に  ） '   @ 32/(   ( .1 ( /!(!" !2 &"   ! 6%% !4# " > ) -B )!(!( 3 )!! -&!
(* " !2     
） 3 ) +%  @ ,  2%(! (* (%(!  .%
!2(!* 3!( 2(  ) (   )!!
( /!(! " !2    : ） '   @ A/!2( ,  (%(! (* .("   .1 ( /!(! " !2 D( *  (%( /!(! ,2(*  > ) )!(!( 3  -&! (* .%!2(!     ）E# '(!2(@ 1(! (  2%(! (*A/!20(!  3!( 2( + !  A- /!%2      ）$)D)') '. F ),-) +,@ .*(*" 3( '(* " !2  >*%! 1%*  ）吉村裕司 他 @ 群ロボットによる多数物体の繰返し搬送計画
日本ロボット学会誌   ）太田順 他 @ ベルトコンベア搭載型 .1 の協調による物体
搬送システム 日本機械学会論文集（3 編）  巻 : 号  ）$(! 1%4  @ , /(! $%!(* .1 '" .%!2(!* (/! 3!( 2(  A- /!%2      ）3) +%  @ . 32/(   ,G! .1 , /(! -%  ( .%!2(!* 3!( 2( ) ! )!(!( 3  )!! ( /!(! " !2   : 

解決した．その結果，運用法を考慮しながらシステムの設計を行うことの重要性も確認された．また，設計段階に必要と

［著

者 紹

介］

される計算時間に関しても，コンテナ搬送計画に搬送ルール
星を適用することにより計画時間を短縮することが可能とな

謝辞

考

文





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本研究の一部は「東京大学と三菱重工業（株）汎用機・特車事業本部との共同研究」の援助を受けた．
参史

年宇都宮大学工学部精密機械システム工学専攻卒，年同大学院修士課程修了，同年より東京大学大学院工学系研究科精密機械工学専攻
博士課程に在籍．分散管理型大規模群ロボットシ
ステムなどの研究に従事．日本ロボット学会，精などの会員．
密工学会，日本機械学会，

り，十数分程度での設計が可能であることがわかった．



野 智

献

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太

田

順 （正会員） 

年東京大学大学院工学系研究科精密機械工学専攻修士課程修了．同年新日本製鐵 株 入社．
年東京大学工学部助手． 年同講師． 年
より東京大学大学院工学系研究科精密機械工学専
年
大学
攻助教授．この間
客員研究員，群知能ロボッ
ト，大規模搬送システム，ロボットの環境設計等の研究に従事．博士 工学 ．

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篠

崎 朗

子

:

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 :年三菱重工業（株）相模原製作所入社．汎用機・特車事業本部産業車両技術部電子制御設計課主任．無人搬送車運行管理システム設計に従事．

橋

本 英

樹

:

年三菱重工業（株）相模原製作所入社．汎用機・特車事業本部産業車両技術部
設計課主任．無人搬送車の設計に従事．

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