最適性評価機能を有する
物流制御エキスパートシステム
一一鋼片精整工程への適用一一

大村佳也子\高橋哲也\小西正期\井塚悟榊
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1111ている.また，エキスパートシステムに組み込む知識を1. はじめに決定する際にも，対象プロセスを詳細にモデル化したベ生産現場における物流制御は，従来プロセス・コンピトリネットシミュレータを使ったプロトタイピングによュータなどによるシーケンス制御として行なわれていり，導入するんールの性能を事前評価している.以下にた.この方式は，大量生産を前提とすれば問題ないが，この鋼片精整ラインの物流制御エキスパートシステムの近年いずれの製造業においても多品種少量化が進んだた

開発について紹介する.

め，設備能力を最大限に活かすためには，状況に応じた搬送設備の運用により最適な物流制御をする必要が生じ

2.

鋼片精整ラインエキスパートシステムによる物流制御の対象とした鋼てきた [3J.

このようなオンラインの物流制御では，計算機による判断は短時間に行なう必要があるため，数理計画などの片精整ラインを図 1 に示す.鋼片精整ラインでは連続鋳造や分塊工程で製造された半成品の鋼片(118 角または最適化手法の利用は困難であり，近年ではエキスパート

155角 X 10m) に対し，表面庇検出ラインで表面検査をしシステムを用いて制御している例も見受けられる[ 4]. そた後，分岐点で 3 台の庇取機に振り分け，表面庇除去作の反商，エキスパートシステムによる方法では，そこに導業を行なう.表面続除去が終わると鋼片は各庇取機で除入された知識の質や妥当性を保証する手段がないため，去作業を受けた同一ロットの鋼片と合流し，再検査ライ

ルール数の多い大規模なシステムになるほどシステム性能の最適性に対する不安;
iz n 一一寸

亡二二コ: billet

感が増しているのが現状である.この問題を解決するには，エキスパートシステ

亡二二コ

ムのルールに対して，なんらかの定量的C二二コ

日grindingmachine

評価を加えることが必要であると考えら(亘1れる.

筆者らは製鉄所の鋼片精整ラインの物流制御のためのエキスパートシステム[IJ を開発したが，本エキスパートシス@8c二二]

テムは定性的な推論とともにシミュレー

亡二二コタによる定量評価を併用する構成となっ*おおむらかやこ，たかはしてつや，
こにしまさみ紛神戸製鋼所電子技術研究所

remsp田tion〒 651-22 神戸市西区高塚台 1-5-5

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line*穴、づかさとる

倒神戸製鋼所神戸製鉄所
1992 年 2 月号

図 1

鋼片精整ライン© 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.

(5) 5
9

RulematchingInputconditions

opti皿alanswer

Sys担皿status

図 2

システム構成ンを経て次工程である圧延ラインへと運ばれる.
このラインに投入されるロットは2 ，3 本程度の鋼大にすることを目標として以下のようなシステムを開発した.

片からなる小ロットから， 30本程度の大ロットまでさま3. 物涜制御エキスパートシステム

ざまなサイズのものがある.各ロットの合流に際しては，異なるロットの鋼片が他の戸ツトに混在してはならない

上述の問題点を考慮し，物流制御エキスパートシステという製品管理商からの制約がある.また，庇除去作業

ムとしてルールベース・プログラミングの中に定量的なに要する時聞は，表面庇検出ラインでの検査結果に応じ評価を導入することにより，最適性をも指向したシステて鋼片毎に異なる.このような条件のもとで，庇除去作

ムを設計した(図 2 ).本システムはルール照合部，シミ業時間やロットサイズなどを考慮し，スムーズな物流をュレータ部，評価部の 3 つの部分から構成されている.

実現して生産量を増大することが望まれている.

ルール照合部は，製品の投入順序，各設備の使用状況

しかし，従来のシステムではこのようなニーズに対応などの条件をもとに定性的に好ましい投入方法の候補をできていない.たとえば従来の制御システムでは異ロッ複数個選び出す.シミュレータ部では全候補に対してシト鋼片の混入を避けるために，庇除去作業後のロット合ミュレーションを行ない，評価部では設定した評価関数

流順序はライン投入時の順序と同じになるようにコントを最適にする候補をシステムの最終的な解として出力すロールされている.このようなロジックは少ないロットる.の大量生産を行なうプロセスでは問題はないが，多品種本システムの特徴は次のとおりである.

少量生産のラインでは合流地点の待ちが発生しやすくな(1) ルールベースプログラミングを採用しているため知識る.したがって，多品種少量生産のラインでは搬送速度を柔軟に追加・変更でき，メンテナンス性が高い.

アップなどの設備面の改善に加えて，分岐・合流方法の(2) シミュレータにより定量的評価が行なえ，複数候補か最適化などソフトウェア面からの見直しにより生産量をら最適のものが選ばれる.
(1) の特徴により従来の物流システムの欠点であるメン上げることが必要となる.
ところで従来の物流制御システムでは，設備などの制テナンス性の悪さが，また(のの特徴により従来のエキス約条件や生産量最大といった評価指標を考慮したロジッパートシステムの欠点である定量性の欠如が，互いに補クがすべて同ーの手続き型プログラム内に記述されていわれ所期の機能を実現することができる.また，知識のた.しかも，高度なノウハウは従来の物流制御システム

追加修正時には，シミュレータがルールのチェック機能で記述するとメンテナンス性が悪いという問題があっを果たす.すなわち，変更したルールがたとえ良い解をた.一方，メンテナンス性が高いといわれているエキス導出しないものでも，シミュレータの定量評価により，パートシステムは，対象システムの定性的性質を表現す複数候補から悪い解が最終的結論として選ばれることはるのには優れているが，定量的な最適化を保証することなくなる.これは，ルールの信頼性というエキスパートは困難とされている.また，知識追加時に既存知識とのシステムをオンラインで使う場合の重要な課題を解決し整合性がとれるようなんール体系を持つことも必要であており，本システムの実用性を高めている.
知識ベースは上位知識ベースと下位知識ベースとからる.

そこで，本工程における単位時間当たりの処理量を最60 (6)構成されている.上位知識ベースとは物流の大きな方針© 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.

オベレーションズ・リサーチ

を定める経験則であり，“大ロットであればすべてのラインを用いて加工するヘ“庇除去作業時間の長い鋼片は同一ラインで続けて処理しな L 、"といったルールがプロダクジョン・ルールの形で表現されている.上位知識は細か L 、部分まで指定する必要がないので，ルールのメン

Qualitativeevaluation

テナンス性が高い.一方，下位知識ベースには，上位知識により決められた方針のもとで，その具体的な実現方法が記述されている.たとえば，“全ラインを使う"という方針の制約下では，加工時間やラインの空き状態を参考にしながら 1 つ 1 つの製品をどのラインで製造するかが記述されている.このような下位の知識をプロダクション・ルールで記述すると，ごく単純なルールが数多く必要となるので，複雑さとルール数を減らすため，下位知識ベースは手続き型のロジックで記述す

PluralcandidatE坦

る.

なお，プロダタションシステムにより推論を行なう機Q
uantitativ
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能はオンライン制御用のコンピュータへも移植できるよ
うにプログラミング言語には FORTRAN を用いて実現した.

4.

適用結果

4.
1 処理フロー本システムは図 3 のような流れにしたがって鋼片の庇除去ラインを決定している.

図 3

はじめに，上位概念にもとづくメタ知識を適用し，分岐の方針を決める.分岐方針には，庇除去作業時聞を重視するパターン，ロットサイズを重視するパターンなどがある.また，比較的小さなロットが連続する場合には合流地点で先行ロットを追い越す“追越し"を行なうかどうかもこの段階で決められる.同様に，大ロットの場合には，どのラインをどのくらいの比率で使うかを選ぶことができる.このとき考慮される項目はロット構成，ライン待ち時間，鋼片庇除去作業の予測時間などである.
このようにルールで決定するのは分岐方法の候補であフローチャート

で，鋼片の振り分け方法に関して特別な熟練者のノウハウがあったわけではない.そこで，従来のシステム開発を行なっているシーケンス・ロジック設計者のノウハウを操業の基本ルーんとして，種々の追加ルールの抽出が必要となった.このルール抽出の手段としてわれわれは離散事象のモデル化技術として有効なベトリネット [2Jを採用し詳細なシミュレータを作成した.このシミュレ
ータで対象工程の厳密な物流モデルを作り，エキスパー

トシステムの性能を事前評価に用いた.すなわち，知識り，続く下位知識により，それらの分岐方法によって各ベースのプロトタイピングにより，最適なルーんを決定鋼片を通すラインが決定される.さいごに，シミュレーするためのツールとして，ペトリネット・シミュレータ

タでそれらの複数候補を定量的に評価した結果，生産量を活用した.

を最大にする候補を最終出力とする.このシミュレータ

ペトリネットは離散事象系を扱う汎用的なモデルとしはルールの違いによる影響が表現できる程度に簡略化して広く知られているが，その反面，対象システムの規模たモデんを使用しており，オンラインでの使用を前提とが大きくなるとモデルが複雑になるため，実用規模の物して計算時間のかからないものとなっている.

流工程には適用できないと言われている.そこで大規模

4.2 ペトリネ・7 トシミュレータを用いたルールの抽出なシステムを簡単に扱うため，図 4 のように複雑なシー

鋼片精整ラインは従来から無人で制御されていたのケンサのロジックゃんーんによる判断などはコントロー

1992 年 2 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.

(7)81controller(Iogicofpro悶S
compu恒r orsequ聞旬r)

本文内で示されている適用結果は，すべてペトリネッ
represen担d by

トシミュレータを用いて得た結果である.

procedureorrules

4.3

適用結果

実際のロット構成で，従来の分岐方法と本システム

controlsignalでの分岐方法を比較した結果を以下に紹介する.

trackingtrigger(activatescontroller)(activa蜘events)

ここに紹介する例は，小ロットの連続する場合である.このガントチャートを図 5 ，図 B に示す.縦軸は鋼片通過ラインを，横軸は時刻を示している.従来のpr国田s model(modeloflinesorfacility)システム(図 5 )では通過所要時間の長い第 i ライン，

representedbypetrinetmodel

第 3 ラインを避けるために第 2 ラインを主に使っている.図 5 で鋼片 7 は，第 2 ラインの入口パッファがオ

図 4

ペトリネットモデルーパーしたので第 3 ラインへ振り分けられたが，合流時点で鋼片 6 の庇除去作業終了を待つため約 4 分半のラとしてペトリネットモデルから分離した.コントロー待ちが生じた.一方，エキスパートシステムを用いた場

ラは手続き型プログラムで表現され，前述のエキスパ一合は(図 6 )，第 2 ，第 3 ラインヘ適切に振り分けられる

トシステムもこのコントローラの中にリングされていため，鋼片 7 はほとんど待ちなしに合流している.

る.

上記の例以外に，大ロットが続くケースや庇除去作業コントローラ内のロジックは，ペトリネット・モデル時間が長い鋼片を含むケースなど， A-E の 6 ケースに側からのトリガーによって起動される.また，逆にコンついて従来の分岐方法と本システムでの分岐方法を比較

トローラ内での判断にしたがって，制御信号によってベした結果を表 1 にまとめた.評価指標としては本目

トリネット・モデル内のイベントが発火できる.これは，の鋼片を庇除去ラインに投入してからすべての鋼片が分実際の工程においてトラッキ γ グのトリガーによってシ岐点を通過するまでの時間(表中Divide)と，同じく全一ケ γ ス・ロジッグが起動され，ロジックに応じて物流がT
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コントロールされる様子を素直にシミュレートしたものとDiv
ideいえる.これにより，ペトリ

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業時間などの情報を用い，種々のルールでシミュレーショ

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時間を比絞することにより行なった.これで平均的に最も1ト3叶

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大きな生産量を実現できるルールセットを選定した.以後

82(8)

図 5

タイムチャート(従来法)© 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.

オベレーションズ・リサーチ

1

鋼片が合流地点を通過するまでの時間(表中 Meet) を採検討が今後さらに重要になる

シミユレ一シヨン結果用した.表 1 では各ケースにおいて，これらの値がエキと思われる.

ωωs臼問e I
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スパートシステムを用いることにより改善される割合を本稿で紹介した物流制御用示している.これより本システムを用いた場合，分岐終エキスパートシステムは，オ了時間で平均 6% ，合流終了時間で平均 5%短縮できるフラインのシミュレーションことがわかる.本工場は月産 65 ， 000 トンの生産能力を有で大幅な生産量増加が見込まするので，この結果は約 3 ， 000 トンの生産量増加に相当れることがわかったので，専する.

用パーソナルコンピュータに

5.

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5.2

移植し，製鉄所鋼片精整ライおわりにンで実機適用中である.
本稿では，物流制御にエキスパートシステムを用いる

参芳文献

際，エキスパートシステムで導出した結果を定量的に評[IJ 大村ほか:シミュレータによる定量評価を内包し価するため，シミュレータを内包する方法を提案した.
本方法は，ルールにより定性的に好ましい投入方法案

た物流制御エキスパートシステム.第 2 回インテリジ
ェント FA シンポジウム，を数個に絞り込んだのち，これらの候補をシミュレータで定量的に評価する.これによりエキスパートシステム[2Jの問題点であった導出解の定量性評価の欠如と従来のプ版，(1989) , 133‑
136.

J.L. ピータースン:ペトリネット入門.共立出

1981.

[3J 高橋ほか:鉄鋼プロセスにおける最適物流計画作

ログラムの問題であったメンテナンス性の悪さが互いに補われることとなった.

成方法.第 25 回 SICE 学術講演会， (1986) , 269-270.

[4J 都島ほか:流れ作業ライン制御へのルール型制御

このようにエキスパートシステムなどの知識工学的手法や数理計画における最適化，さらにはシミュレーショ方式の適用.計測自動制御学会論文集.

ン技術などを融合させたハイブリッドなシステム構築の21 , No.10 , 1113‑1120.

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