石油精製業における生産管理システムの統合化
池ノ上 晋
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以上の備蓄の義務がある．
1．はじめに・原油タンカーから荷揚げしてから製品出荷まで製石油業界では規制緩和や国際化に伴い企業競争力の造期間として約1週間位かかる．

強化が叫ばれており，その中でより高度な生産管理シ

このような状況は生産計画やスケジューリングにつステムが要求されている．計画精度の向上や生産管理いて強い特徴を与えている．他の製造業界とは異なる業務の迅速化省力化をめぎし，従来からいろいろな関と思われるが生産の計画にづいて以下の認識が存在す

連業務を対象にコンピュータシステムが開発運用される．てきたが，さらに一層の改善強化をめぎして努力が行「生産計画」

われている．その重要な観点は生産管理業務の関連システムの「統合化」である．

・事務屋さん管理屋さんの世界（本社の業務部門や計画部門等）

この「統合化」を高度に実現する為のシステム関連
技術について筆者らは「生産スケジューリングの立案・関心事は価格，需給バランス，競合等である．

・通常LPを利用しており，この意味での最適性を手法」や「関連する複数の部署間での情報共有，デー持っている（と認識している）．

タベース」，「高度なユーザーインターフェース」につ

この計画は年度や半期，月次を1つのサイクルといて，OR技術を中心とした研究開発を進めている．そしており，日程スケジューリングの意味合いは一の中で得られた知見について以下に述べてみたい．

部を除き薄い．

2．石油精製業の生産活動の特徴
精製工場の生産活動は次のような特徴を持っている．
・単一の原油から同時に数十種類の製品を年間連続運転している装置群により生産している．
・原油は大きなロットで専用のタンカーで海外から持ち込まれる．

この計画の結果が次の「スケジューリング」の目標と制約になる．

・計画は原油選択と期間総生産販売量である．
「スケジューリング（日程計画）」

・技術屋さんや製造現場の世界（工場管理部門や製造現場のスタッフ）
・品質，運転条件，省エネルギー等に注目する．

・製品はごく一部を除き共通品であり，見込み生産・現在のスケジューリング機能は表計算ソフトやシミュレーションソフトで会話型である．当然実行している．

・製造工程には原油，半製品，製品のタンクがあり，可能性は厳密に意識した結果になっている．

原料入荷や装置運転，出荷のスケジュールの緩衝・対象期間は週間，旬間や月次である．

役をしている．

・「生産計画」を達成目標にした日程計画である．

・出荷の大半は船出荷で月次の総出荷量は決まるが，日別出荷量は前日にな・らないと確定しない．

・油（原油，半製品，製品）の在庫について一定量・日別の装置別タンク別の生産予定であり，その結果を運転指示に結びつける．

3．「統合化」の意味するところ

いけのうえ すすむ 富士石油㈱生産管理部（1）全体システムとしての「統合化」〒104中央区明石町8−1E−mail：ikenouye＠foc．co．jp「統合化」とは何を結びつけたり，1ったしたりす

1997年5 月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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るべきなのであろうか．現実のシステム開発の際に議論の過程で必ず出てきて，しかし緊密なシステム化が困難な以下のようなポイントがたくさん見受けられる．

4．生産管理システム統合化の技術要素（1）スケジューリング機能研究開発の最終目標は日程生産スケジューリングの・事務屋／技術屋
・管理部門／製造部門

自動化および実行可能性を満たした最適化である．石・物の流れ／お金の流れ

油精製工場の生産設備の可能な限り大きな範囲をモデ・本社／工場

ル化し，数理計画法を適用したアルゴリズムで日程計・社内／社外画を作成する．スケジューリングの精度向上や迅速化

以上の観点に対する「統合化」をシステムとして考省力化を実現する．次項でもう少し詳細に述べる．

えて見ると，データや機能などの内容を物理的に1つ（2）データベース統合化にすることを追求することは得策ではなく，これらの計画（前述の生産計画やスケジューリング）と実績区分間を流れているデータや仕組みを「シームレス」の管理にはかなりコンピュータシステムが活かされてにつなげていくことだと考えている．タイミングや言いるが，データベースは現時点では計画と実績それぞ

葉やデータを，それぞれの関係者の立場の特徴そのまれ個別に用意されている例が多い．企業環境の変化のまで取り扱うことができるように全体の仕組みを作る

中で作業が効率的に行える仕組みが必要である．異な必要がある．また複数の部署を柔らかく連携させるコる複数の担当者が整合性の高い異なる視点のデータをミュニケーションシステムとしての意味合いも強い．

共有できる環境をつくりたい．

（2）生産管理システムとしての「統合化」

生産管理用データベースの統合化の内容として，生産管理システムの統合化としては・計画と実績のデータのシームレス化

・計画（生産計画やスケジューリング）と実績・事務，生産管理，製造の各部門間のデータのシー・最適性と実行可能性

ムレス化を検討し，データベースシステムの概念を考・関連する組織の作業環境えてみた．石油精製工場の生産活動の結果発生するデをめぎして，冒頭に述べたシステム技術の切り口からータ（タンクの在庫や出入り，装置運転にかかわる油検討を進めている．

量データ）等の特徴や発生量から，入力および変換，この中で最適性と実行可古訓生をいかに同時に満足さ記憶蓄積方式，分析検索編集方法について機能検討しせるかはORの技術が大いに貢献するべき対象であり，概念設計を行った．最近のソフトウェア技術であるデ

この点について数理計画法をより深く通用するべく作ータウェアハウスやOLAP（On−Line Analytical業を進めている．

Processing）などのソフトウェアを組み合わせると簡素なシステム構造として表現できる．
発展しつつあるデータベース技術と常識的になりつつあるパソコンネットワークを見れば，部門間の実績データの一元化はほぼ実現できると考えている．計画
データについては各部門での計画作業の動機やデータ精度，作業頻度，評価基準等の解析をさらに進める必要がある．計画を作成する際に実際に取り扱うデータは各部門で固有の形（言葉，数値のまとめ方，時間軸）を持っており部門間のデータ相互の結びつきを滑らかにするにはもう一層の工夫が必要である．

運 転 実 績 運 転 予 定 ▼ 装置別タンク別日程計画，指示（3）ユーザーインターフェース「スケジューリング」や「データベース」は結局インターフェース機能を介して利用することになり，利用者は可視化されたコンピュータシステムの内容を取り扱うのである．操作支援の機能についても改善の余

図1 生産管理統合（シームレス）化の内答
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地を探っているが，「統合化」の観点からは，© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ・自由な着目点による手順や操作量の削減を考慮しの作業の過程では実行可能性を満たすべく試行錯誤をた，作成作業の思考の流れを補助するシステムと繰り返し前提となる生産目標に可能な限り近づくようして設計する．に日程計画を作成している．

・複数の担当者が⊥元化されたデータ（計画結果，参照データ，前提条件等）を一覧性を持った操作環境で利用し，相互の業務の整合性を保てる．
・生産計画やスケジューリングと実績のデータを可（2）数理計画法のアプローチ

この種の問題に対する混合整数計画法の適用の考え方は以前からあった．30年前の専門書を読み返すと，スケジューリングへの混合整数計画法の適用が論じら能な限り生データとして保持し，異なる立場の利れているが，その膨大な計算量から実用は問題が多い用者がそのデータを必要な編集方法で固有の言葉むね記述されている．

筆者らも以前から混合整数計画法を実際の石油精製を使って取り扱える．

といった方向をめぎしている．パソコンの機能向上，工場の生産スケジューリングに通用して何らかの改善

ネットワークの能力向上，データウェアハウスやが得られるものと考えていた．ここに来て近年の数理OLAP等を組み合わせると簡素で合理的なシステム計画法解法の発展とコンピュータの処理能力の大きな構造として表現できる．この様な構造のシステムにつ発展の動きから，従来実際には解けなかった規模や形いては，開発作業やシステム保守についても′非常に改式の数式モデルが何とか普通のシステム環境でも計算善が期待できるので今後とも検討を続けたい．

できるとの認識から，実用規模の混合整数計画法モデルについて取り組みを開始した．

全体スケジューリング

（3）混合整数計画法の適用

製油精製工場の日程計画にとって最も重要なものとして原油処理日程計画に取り組んだ．スケジューリン
グの内容は14基の原油タンクと2基の原油処理装置の運転切り替えと順序づけを，量と性状の制約を満たしながら日別の31日分の日程計画として作成することである．

この対象に対し混合整数計画法を利用することで，実行可能性と最適性をともに満たすことを狙いモデル化と解法の工夫を行った．とにかく何らかのモデル化を行うと，その数式モデルにより表現された世界の中での実行可能性と最適性になる．その意味で可能な限り現実の生産活動の動きや制約を数式に盛り込むよう工夫をした．
図2 スケジューリング作業の区分モデルとしては整数変数を約3000個持つ規模である．
これをベースモデルにして色々な数値実験を行った．
最適性を追求すると当然計算時間がかかり，可能解の5．生産スケジューリング

みであれば相対的に短時間で解ける．当初は何日単位（1）スケジューリング問題であったが最近では計算時間は十数分から十数時間まスケジューリング問題の内容は石油精製工場全体のでに短縮することができた．この混合整数計画法を応数十の装置と数百のタンクの運転切り替えと順序づけ用した原油処理日程計画モデルでの数値実験では，担を，量と性状の制約を満たしながら日別の運転計画と当者の手作業よりある種の評伸値が良い結果を得るこして作成することである．とができた．このモデルの目的関数をどのように設定

現在はこの作業を原油処理日程計画とそれより下流するのかは非常に難しい問題であり計算時問にも大きの設備群に2区分して，表計算，シミュレーション機く影響する．コストを指標として利用するのか，また，能あるいはLPを組合せ全体として会話型のいろいろ運転条件の変更回数を最小化するといった運転上のルな形のシステムとして実現されている場合が多い．こールを評価の対象にするのかについては今後さらに検1997年5 月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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討が必要である．

能が組み込まれたシステムとしてインターフェースを（4）非線形混合整数計画法での挑戦介して利用しており，数理計画法等を意識しているわ

石油精製工場全体の数十の装置と数百のタンクの日けではない．また魂場の状況を数式化すると不可避的別運転計画を作ることがスケジューリング問題の最終に希離が起きる．この点から実装されるシステムとし目標である．混合整数計画法による原油処理日程計画てはいろいろな手法や，データベースと組み合わせてモデルでの実績を検討しモデル化対象範囲の拡張を考数理計画法の能力を充分に発揮させるように仕組みをえた．

工夫することが肝要である．この研究開発を数年間に工場全体のスケジューリング問題の区分の1つが原わたり進めている間にもコンピュータ能力は非常に発油処理日程計画である．そこでさらに下流の装置と製達し，パソコンネットワークの利用も格段に広まって品ブレンドの設備を加えた生産の流れを1つの原油処きた．現在のコンピュータの普遍化はインフラストラ

理2次装置ブレンド計画モデルとして数式化の対象にクチャーとしては非常に強固で，この上にシステム構した．この流れには装置間に中間タンクが設置されて築を考えるとより良いものになる．一方，統合化の必おり，日ごとの抽の性状変化を表現することが必要に須要素である複数の人間の共同作業として生産管理作なり，分数式のような非線形の数式が必要になった．

業をとらえると，いろいろな支援機能も非常に重要でこのために表現としては非線形混合整数計画問題としありうま〈組み込む必要があるて解法を試行することとなった．
数千個の整数変数を含む規模の非線形混合整数計画

6．おわりに問題の一般的な解法はいまだ定まったものはなく，分

現在，企業競争力の強化のため，より高度な生産管枝限定法，逐次最適化等を組み合わせた手法で数値実理システムの「統合化」を求められ七いると誰しもが験を行った．

考えている．しかし具体的な個々の機能については現場の担当者から明確な要望が具体的に示されている例

現時点ではこのスケジューリングはモデルの対象期間の日数が短期間ならば解が得られる所まできた．しは少なくもどかしさが感じられる．しかし担当者は現かし現状のモデルでは非線形の数式の影響で制約を緩実にないシステムについて希望を述べることはできる

和しなければ解が出ず，実用性についての確証は得らが，誰が詳細に機能を説明できるであろうか．このよれていない．モデリングについての更なる努力が必要うな状況であるからこそOR分野の人間の出番であり，である．

創造的な技術研究の大きなフィールドがあると思っている．今後もさらに大きな課題に取り組んでいきたい．

（5）数理計画法によるスケジューリング

石油精製工場のスケジューリングにこれまで述べて参考文献

きたような数式表現でアプローチしてきたが，従来に比べ格段に実用的な規模と内容でモデルを試すことができた．実行可能性と最適性を同時に取り扱えることが非常に重要なポイントである．混合整数計画法によるスケジューリングは計算時間の問題を除けば実用可［1］ ミュース，トン70ソン「インダストリアル スケジューリング」1966竹内書店［2］草刈他 「石油精製工場におけるスケジューリング
ヘの数理計画法の適用」
安藤他 「出荷量想定機能へのニューラルネットワ

能であると判断できる．非線形の式を含むモデルは現時点では数理計画法の1つの▼最適化手法で実用化というのは現時点では難しく，さらに研究を進めていく必要がある．

ーク技術の適用」
常盤他 「統合生産管理データベースの課題と関連技術」
池ノ上他「石油精製業における生産管理システムの統合化」（6）大きな捉え方

スケジューリングは担当者から見ればいろいろな機

以上 OR学会平成9年度春期研究発表会予稿

オペレーションズ・リサーチ362（104）© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.