在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラム
【課題】ヤードに原材料や製品をブロック毎に配置する際に、配置計画の解が容易に且つ短時間で得られる在庫配置計画法を提供する。
【解決手段】ヤードの現在の配置状況と、原材料の入出荷情報とに基づいて、ヤードの制約条件を満足する配置計画の解を計算する。制約条件を満足する初期解が得られれば、その初期解から目的関数に従って最適解を得る。制約条件を満足する初期解が得られない場合には、制約条件を緩和して在庫配置の緩和解を求め、それに基づいて最適解を計算する。最適解の計算には、変数の数に依存して、混合整数計画法又は制約伝播法が採用される。
【解決手段】ヤードの現在の配置状況と、原材料の入出荷情報とに基づいて、ヤードの制約条件を満足する配置計画の解を計算する。制約条件を満足する初期解が得られれば、その初期解から目的関数に従って最適解を得る。制約条件を満足する初期解が得られない場合には、制約条件を緩和して在庫配置の緩和解を求め、それに基づいて最適解を計算する。最適解の計算には、変数の数に依存して、混合整数計画法又は制約伝播法が採用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムに関し、更に詳しくは、原材料や製品などの入出荷情報に基づいて、予め指定されたヤードへの複数の原材料や製品の在庫配置を計画する在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原材料や製品などの在庫を保管する際に、その原材料や製品などの入出荷情報などに基づいて、予め指定された所定場所への効率的な在庫配置を計画する在庫配置計画方法が用いられている。従来の在庫配置計画方法では、予め設定した一定のルールに従って在庫配置を決定するルールベース手法が用いられていた。なお、本明細書では、原材料や製品などの物品の保管場所をヤードと称する。ルールベースを用いた在庫配置計画については、例えば特許文献１にその記載がある。しかし、この手法では、熟練者の知識を全てルール化する必要があり、また、ルールの優劣によって配置計画の良否が左右されるという問題がある。
【０００３】
特許文献２には、ルールベースの使用に代えて、数式モデルを用いた在庫配置計画方法が記載されている。特許文献２に記載の在庫配置計画方法では、製品の受入れ計画や、製品の出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況など、在庫品や設備などに関する修理計画や現況を示す情報と、配置すべき空間であるヤードを小区分に分ける際の空間の単位を決める空間分割精度と、必要な配置計画の時間精度とを数式モデルに入力し、この数式モデルを、予め設定した評価関数（目的関数）を用いて最適化問題として解くことにより、所望の期間分の配置計画を求めている。
【特許文献１】特開平６−３０６４９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載の手法では、ＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法と、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）とを組み合わせることにより、目的関数に従って最適化問題を解き、受入れ場所、受入れ方向、受入れ量、払出し場所、払出し方向、払出し量などの配置計画を求めている。
【０００５】
特許文献２に記載の在庫配置計画方法によると、最適化問題を解く際に一部をＧＡで解き、残りを線形計画法などで解くという手法を採用しているため、得られる最適解の精度が低いという問題がある。また、混合整数計画法を用いて最適化問題を解く手法も採用されているが、この場合には、精度が高い解が得られるものの、特に変数の数が多い場合には、必要な解を得るために多大の時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、特許文献２に記載の在庫配置計画方法を改良し、複数銘柄の原材料や製品などの在庫を保管する際に、考えられる全ての制約条件を入れて、効率的な在庫配置を計画する在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の在庫配置計画システムは、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部と、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記初期配置計画計算部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求める緩和解探索処理部と、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の在庫配置計画方法は、コンピュータを用いて、ヤードに在庫を配置する配置計画を立案する在庫配置計画方法であって、
前記コンピュータが、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明のプログラムは、コンピュータを用いてヤードの在庫配置を計画するシステムのためのプログラムであって、前記コンピュータに、
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の在庫配置計画システム、方法及びプログラムによると、コンピュータが、考えられる全ての制約条件を満足する解、又は、全ての制約条件を満足はしないが、緩和された制約条件を満足する緩和解を配置計画として求めるため、実行可能で、且つ、経済的な配置計画が容易に得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る在庫配置計画システムを含む工場の生産システムの全体構成を示している。生産システム１０は、原材料や製品の入出荷情報を生成する生産管理システム１１と、その入出荷情報及び現在のヤード配置情報に基づいて、例えば１週間毎のヤードの在庫配置計画を立案する在庫配置計画システム１２と、立案された在庫配置計画に従って、ヤード内の在庫の保管／再配置／出荷の管理を実施し、現在のヤード配置情報を在庫配置計画システム１２にフィードバックする操業管理端末１３とから構成される。
【００１２】
在庫配置計画システム１２は、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷開始時期、入荷可能期間、及び、入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷開始時期、出荷可能期間、及び、出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約などを含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部１４と、制約条件を満たす解が存在する場合には、配置計画部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、制約条件を満たす解が存在しない場合には、制約条件を緩和した緩和制約条件下で配置計画の緩和解を求める緩和解探索処理部１５と、求められた制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部１６とを備える。在庫配置計画システム１２は、コンピュータによって構成され、コンピュータには、計算及び入出力処理を実行するコンピュータ本体と、計算や処理を実行するためのプログラムや、入力されたデータ、計算中のデータ、計算アルゴリズムなどを格納する情報記憶部と、データを入出力する入出力装置とが含まれる。
【００１３】
図２は、在庫配置計画システム１２に入力される情報と、在庫配置計画システム１２が実施する処理と、在庫配置計画システム１２が出力する情報とを一連の情報処理の流れとして線図で示している。在庫配置計画システム１２に入力される情報は、生産管理システム１１から逐次入力されるトランザクション情報Ｃ１０と、在庫配置計画システム１２内に予め入力・設定されているマスタ情報Ｃ２０と、在庫配置計画システム１２内での計算に使用される計算パラメータＣ３０とが含まれる。
【００１４】
トランザクション情報Ｃ１０は、原材料や製品が入荷／出荷される際の入出荷開始時刻、入出荷可能期間、その原材料や製品の品目、及び、その入出荷数量を含む入出荷情報Ｃ１１と、入出荷の作業を行うクレーンについて既に決定されている運転時間及び停止時間を含む装置の稼働日時情報Ｃ１２と、ヤードの位置（識別情報）、毎日の情報である各ヤードに保管されている品目及び数量などのヤード初期情報Ｃ１３とを含む。マスタ情報Ｃ２０は、ヤード制約条件Ｃ２１と、クレーン制約条件Ｃ２２と、ヤード間の横持ち用搬送車制約条件Ｃ２３とを含む。ヤード制約条件Ｃ２１は、ヤード毎に異なる配置可能な品目、ヤード毎及びヤード内の各ブロック毎の保管数量の上限、複数の品目の混載が認められるか否か、及び、連続するブロックに存在する在庫品目を何れのブロックから受け払いするかなどを示す受け払い条件、並びに、異なる製品（品目）又は同種の製品間に許容される距離の下限などを示す情報を含む。
【００１５】
クレーン制約条件Ｃ２２は、各クレーンの積載限界荷重、走行速度などの能力上限、クレーが搬送可能なヤードの情報、クレーンが搬送可能なロットサイズなどの情報を含む。横持ち用搬送車制約条件Ｃ２３は、横持ち用搬送車の能力上限、搬送可能なヤード、搬送可能なロットサイズなどの情報を含む。計算パラメータＣ３０は、計算条件設定用パラメータＣ３１を含み、これには計画対象期間、計算評価基準、及び、計算モードの情報が含まれる。計算評価基準には、例えば、処理日数、クレーンの稼働時間、或いは、ヤードの空きブロック数などが含まれる。計算モードの情報には、例えば、解の計算にあたって実行可能解でよいか、或いは、最適解が必要かの条件が含まれる。これらは、計算の都度、或いは、一連の計算に対して与えられる。
【００１６】
在庫配置計画システム１２による演算処理Ｐ１０には、制約モデルの作成、計算アルゴリズムの指定、及び、計算実行処理が含まれる。在庫配置計画システムから出力される出力Ｃ４０には、立案対象期間内の各ヤードの在庫配置、及び、各時間におけるクレーン毎の使用計画が含まれる。
【００１７】
図３は、在庫配置計画システム１２が計画立案の対象とする、複数のヤードＹ１〜Ｙｎを含むヤードの全体構成を、その制約条件と共に例示している。ｎ個のヤードＹ１〜Ｙｎ（図示の例ではｎ＝４）は、輸送船から陸揚げされる原材料を一時的に保管するために用いられる。各ヤードＹ１〜Ｙｎ内では、種々の品目（Ｍ１〜Ｍ４）の原材料が、個々のブロックＢ１〜Ｂｍ（図示の例ではｍ＝６）に保管される。ヤード領域内では、クレーンによる輸送船からヤードへの積み卸し、ヤード内又はヤード間の横持ち、及び、工場への出荷（払い出し）処理が、それぞれ入荷又は出荷用の専用クレーンや、横持ち用の専用クレーンなどを利用して行われる。また、一部の原材料は、トラックなどによる払い出しも可能である。クレーンは、１日の搬送能力や、積載限界荷重、走行速度などが、また、ヤード間又はヤード内で稼働可能なエリアが、それぞれ制約条件として定められている。
【００１８】
本実施形態では、各ヤードＹ１〜Ｙｎでは、例えば、同一品目の原材料は、同一のブロック又は隣接するブロックＢ１〜Ｂｍに配置可能であるが、異なる品目の原材料は、原材料の混合を避けるために、隣のブロックには配置できないという制約条件がある。また、最後尾のヤードＹｎは、他の常用のヤードＹ１〜Ｙｎ−１に置けない場合など、緊急時に使用する予備のヤードとしてのみ用いるという制約条件がある。
【００１９】
図４は、本実施形態に係る在庫配置計画システムの出力Ｃ４０のうち、立案した配置計画のうちのヤード配置情報の内容を例示している。ヤード配置情報には、それぞれが１日単位として示される時間１〜時間ｐ内における各ブロックの配置内容が記述されており、これら情報は単位時間毎に逐次出力される。図示の例では、各ヤードＹ１〜Ｙｎについて、「ｂｌｏｃｋ[t][y][b]」をヘッダとする情報が出力される旨が示されている。ここで、ヘッダにおいて、ｔは時間（時間１〜時間ｐ）を、ｙはヤード番号（Ｙ１〜Ｙｎ）を、ｂはブロック番号（Ｂ１〜Ｂｍ）をそれぞれ示している。これら時間、ヤード番号及びブロック番号をヘッダとする情報に含まれるデータには、そのブロックに保管されている原材料の品目番号_prodNo、入出荷製品品目番号_prodNo、数量_amount、使用されたクレーン番号_craneNo、製品変化（受け入れ）量_arrivalAmount、製品変化（払い出し）量_shipAmountが含まれる。
【００２０】
図５は、在庫配置計画システムの出力Ｃ４０のうち、立案したクレーンの稼働情報の内容を例示している。この情報は、各クレーン（及び搬送トラック）毎に、時間単位で行われる作業を示す稼働情報である。図示の例では、時間単位は１日であり、全体の出力は、各クレーンの１週間分の稼働内容を表形式で示している。クレーンの稼働情報は、各クレーンの稼働対象となる原材料の品目、積載される荷重、ヤード番号及びブロック番号を含む。
【００２１】
図６は、在庫配置計画システム１２による処理の全体をフローチャートで示し、図７は図６の制約伝播法による在庫配置計算処理ステップの詳細を示している。図６において、システムによる処理が開始すると、まず、制約伝播法を用いた在庫配置計算処理ステップＳ３０が実行される。この計算処理は、図７にその詳細を示すように、各時間ｔ（ｔ１〜ｔｎ）におけるループ処理として行われ、ステップＳ１では、時間ｔにおけるループ処理が設定される。このループ処理には、各時間ｔにおけるヤードへの入荷品目及び数量の決定処理ルーチンと、各時間ｔにおける出荷品目及び数量の決定処理ルーチンとが含まれる。ループ処理内の各ステップでは、ヤードや、ブロック、クレーン、入出荷品目などの変数が１つ選択されて決定する毎に、制約伝播が実行され、その後の処理に関して制約が加算される。
【００２２】
入荷品目及び数量の決定処理ルーチンでは、まず、入荷リスト中に含まれる未処理の品目で最も数量の大きな品目を選択する（ステップＳ２）。ステップＳ２で、１つの品目が選択されたら、対象とするヤード（Ｙ１〜Ｙｎ）内で同じ品目のブロックが既に存在するか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３で、同じ品目を保管するブロックが存在していなければ、ステップＳ４に進み、ヤード内に空きのブロックが存在するか否かが調べられる。ステップＳ４で空きブロックがあると判断されると、空きブロックの内で、ヤード番号が最も小さなヤードで、且つ、ブロック番号が最も小さなブロックが選定される（ステップＳ５）。ステップＳ４で空きブロックがないと判定されると、その時間（ｔ）においては当該品目の入荷をしないと決定し（ステップＳ６）、ステップＳ１３に進む。
【００２３】
ステップＳ３で、ヤード内に同一品目の原材料を保管しているブロックが存在すると判定されると、ステップＳ７に進み、ヤード内に同一品目で保管限度容量に達していない原材料を保管しているブロックが存在しているか否かが判定される。ステップＳ７で、そのようなブロックが存在していないと判定されると、そのブロックに隣接する空きブロック又は最も近い空きブロックが選定される（ステップＳ８）。空きブロックは、例えばブロック番号の大きい方の隣のブロック又は近いブロックを探し、それが存在しない場合にはブロック番号の小さい方の隣のブロック又は近いブロックを選択する。ステップＳ７で該当するブロックが存在すると判定されると、ステップＳ９に進み、ヤード内で同一品目のブロックで且つ保管数量が最も少ないブロックが選択される。次いで、使用可能なクレーンの内で最も能力が高いクレーンが選択される（ステップＳ１０）。次いで、選択されたブロック内に、保管可能な最大量の原材料が当該ブロックに搬入される（ステップＳ１１）。その搬入後に、同一品目の原材料でまだ入荷していない数量が残っているか否かが判定され（ステップＳ１２）、残っていればステップＳ９に戻り、ステップＳ９〜Ｓ１２の処理を繰り返す。ステップＳ１２で、その品目の全てが入荷し終わっていると判定されると、ステップＳ１３に進み、全ての品目について入荷処理が終わっているか否かが判定され、別の品目がまだ残っていれば、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ１２を繰り返す。その時間（ｔ）に入荷可能な全ての品目の処理が終了していると判定されると、出荷品目及び数量の決定処理ルーチンに移行する。
【００２４】
出荷品目及び数量の決定処理ルーチンでは、まず、出荷リスト中に含まれる未処理の品目で最も数量が小さな品目を選択する（ステップＳ１４）。次いで、ヤード内にその品目を保管するブロックが存在するか否かが判定される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で、その品目を保管するブロックがなければ、ステップＳ１６に進み、出荷なしと判定して、ステップＳ２１に進む。また、ステップＳ１５で、その品目を保管するブロックが存在すると判定されると、ステップＳ１７に進み、ヤード内で同一品目を保管するブロック中で最も保管量が少ないブロックが選択される。次いで、使用可能なクレーンの内で最も能力が高いクレーンが選択され（ステップＳ１８）、先に選択されたブロックから出荷できる最大数量の原材料が出荷される（ステップＳ１９）。次いで、その品目で出荷すべき量がまだ残っているか否かが判定され（ステップＳ２０）、残っていればステップＳ１７に戻り、ステップＳ１７〜Ｓ２０を繰り返す。出荷すべき数量が残っていなければ、ステップＳ２１に進み、その時間（ｔ）に出荷可能な全ての品目で出荷処理が終わっているか否かが判定され、残っていればステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４〜Ｓ２１を繰り返す。出荷すべき品目が残っていなければ、ステップＳ２２に進み、ループ処理の設定が終了される。このループ処理は、システムの１回の処理単位である時間ｔ１〜ｔｎの全て、例えば時間単位を１日としたときには、１週間分の処理について、連続して設定される。
【００２５】
なお、上記処理では、説明を簡単にするために、全ての品目について入荷処理を終了してから、出荷処理に移行する例を示したが、この例には限定されない。例えば、１品目について入荷処理を行ってから、当該品目について引き続き出荷処理を行うことができる。また、ヤード使用の効率化のためには、出荷処理を行った後に、入荷処理を行ってもよく、その場合にも全品目の出荷処理の完了後に入荷処理に移行してもよく、或いは、１品目毎に出荷処理及び入荷処理を連続して行ってもよい。
【００２６】
図６に戻り、ステップＳ３０における制約伝播による在庫配置計算処理が終了すると、ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす解（初期解）が存在しているか否かが判定される。例えば、図７の入荷処理ルーチンに際して、計画中の時間ｔ１〜ｔｎの全てにおいて、ステップＳ６で「入荷しない」と判定された場合には、全ての制約条件を満たす解が存在しない。例えば、クレーンの能力によっては、所要時間の制約条件を満足する所望の解が得られないことなども考えられる。全ての制約条件を満たす解が存在すると、各変数の値を定めた１つの解が初期解として選定される。ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす初期解が存在しないと判定されると、緩和解探索処理ルーチンに移行する。
【００２７】
まず、緩和条件案として、通常時に配置可能な常用ヤードＹ１〜Ｙ３に、図３に示した予備ヤードＹｎを追加する案が示される（ステップＳ３２）。この緩和条件案を含む制約条件下で、解が存在するか否かが判定され（ステップＳ３３）、解が存在すると判定されると、その緩和条件案及びその案に基づいた緩和解１が採用され（ステップＳ３４）、ステップＳ３９に進む。また、ステップＳ３３で上記の緩和条件案でも解が存在しないと判定されると、次の緩和条件案として、クレーン能力の上限が緩和される案が示される（ステップＳ３５）。この緩和条件案を含む制約条件下で解が存在するか否かが判定され（ステップＳ３６）、解が存在すると判定されると、その緩和条件案及びその案に基づく緩和解２が採用され（ステップＳ３７）、ステップ３９に進む。ステップ３６で、その緩和条件下で解が存在しないと判定されると、全ての緩和条件下で解が存在しないと判定し（ステップＳ３８）、緩和解探索処理ルーチンを終了し、全体の処理を終了する。
【００２８】
緩和条件として、例えば、クレーン能力の上限が緩和された場合には、そのような能力を持つクレーンが、その入荷時点で間に合うように手配される。緩和可能な制約条件としては、他に、クレーン稼働時間の緩和（延長）、異なる２つの品目間の距離、横持ち用搬送車の能力、出荷日（延長）などが挙げられる。予備のヤードは、例えば対価を支払って借用するリースのヤードであってもよい。
【００２９】
ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす初期解が存在すると、或いは、緩和解探索処理ルーチンで緩和解が探索されると、ステップＳ３９に進み、最適化計算の選定処理が行われる。目的関数としては、例えば処理日数、クレーンの稼働時間、或いは、ヤードの空きブロック数が選定され、処理日数やクレーンの稼働時間の最小化、或いは、ヤードの空きブロックの最大化を与える最適解が計算される。本実施形態では、最適化計算は、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを選択して用いるハイブリッド方法が採用される。
【００３０】
最適化計算法の選定に際しては、例えば、変数の数が所定のしきい値よりも大きいか否が判定され、最適化計算における計算の複雑さが判定される。この場合、例えば、ヤード数やブロック数、品目数などの合計がしきい値よりも大きいときには、計算が複雑であると判定される。計算が複雑であると判定されると、制約伝播法による計算が選択され、フラグ１が立つ。計算が比較的簡単であると判定されると、混合整数計画法による計算が選択され、フラグ２が立つ。フラグ１が立つ場合には、以下に述べるように、実行可能な近似解が短時間で得られ、フラグ２が立つ場合には、それほど長時間を要することなく最適解が得られる。何れの方法が採用される場合にも、必要な解を得るのに要する時間が平均化される。
【００３１】
ステップＳ３９で、求める変数の数が多くフラグ１が立った場合には、ステップＳ４０に進み、先に求められた変数の初期解又は緩和解によって得られる目的関数の初期解Ｅｉｎｉが計算される。次に、目的関数の初期解Ｅｉｎｉからの改善率α（０＜α＜１．０）が選定される。次いで、下記制約式
Ｅｎｅｘｔ<α×Ｅｉｎｉ
を用い、制約伝播法を用いて次の解を探索する（ステップＳ４０）。目的関数の初期解Ｅｉｎｉは、例えば目的関数がリードタイムであれば、「リードタイム＝３０日」などとして得られる。所定の繰り返し回数、又は、所定の計算時間内で連続して、目的関数であるリードタイムが短縮可能な解を逐次探索する。ステップＳ４１で、所定回数若しくはタイムアウトが検出されると、又は、それ以前に最適解が見つかると、それまでに得られた解を記憶し探索処理を終了してステップＳ４３に進む。制約伝播法を用いて解を探索すると、変数の数が多くても、比較的短時間で最適解の近似値が得られる。初期解、改善率及び制約式は、条件毎に予め設定されて、記憶装置に記憶されている。
【００３２】
ステップＳ３９で、求める変数の数が少なくフラグ２が立った場合には、ステップＳ４２に進み、混合整数計画法を採用して最適解を探索する。混合整数計画法によると一般に探索時間が長くなるが、この場合には変数の数が少ないため、それほど長時間を要することなく、最適解が得られる。
【００３３】
ステップＳ４１又はステップ４２で最適解又はその近似解が探索されると、その探索された解が最適解として採用され（ステップＳ４３）、在庫配置計画処理を終了する。得られる在庫配置計画は、図４及び図５にそれぞれ示した、時間１〜時間ｎにおけるヤードの在庫配置状況及びクレーンの稼働状況である。図１の操業管理端末１３は、在庫配置計画システム１２から立案された配置計画を受け取ると、その計画情報を必要な部署に配布する。また、その後は操業状況を管理し、且つ、その操業によって得られた配置結果の情報を、在庫配置計画システム１２にフィードバックする。
【００３４】
上記実施形態では、例えば費用や時間コストを削減できる全ての制約条件を設定し、その全ての制約条件を満足する解が存在しない場合には、緩和条件下で緩和解を探索する処理を行う計算手順を採用した。このため、全ての制約条件を満たす解が存在する通常時には、費用や時間コストが節約され、経済的な在庫配置が可能になる。一方、全ての制約条件を満足する解が存在しない場合には、その制約条件を緩和することによって、得られた緩和解を基に管理者が現実的な対応をとることなどで、必要な解が常に得られる利点がある。また、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを、必要に応じて選定することによっても、最適解又はその近似解が制約時間内で得られる利点がある。
【００３５】
なお、上記実施形態では、緩和解探索処理に続いて最適解を求める例を示したが、場合によっては、最適解を求めることなく、緩和解を一旦そのまま出力してもよい。その場合には、例えば、その時点で管理者による判断が入力される。
【００３６】
また、上記実施形態では、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを選択して用いるハイブリッド方法を採用したが、それらの内の一方のみ、或いは、他の公知の手法を採用してもよい。
【００３７】
更に、上記実施形態では、緩和する制約条件としては、緩和することによって、費用や時間コストが幾らか増大する制約条件が選定された。しかし、緩和する制約条件には、費用や時間コストを左右する条件には特に限定されず、例えば、その制約条件を守ることによって好ましい結果が得られる制約条件であって、且つ、緩和することによっても大きな不利益が生じない制約条件が選定される。
【００３８】
更に、上記実施形態では、ヤードにおける原材料の在庫を配置する例を示したが、本発明は、ヤード内にコンテナなどを配置する配置計画にも適用可能である。この場合、コンテナに収容される内容物が同じコンテナのみが同一のブロックに配置できるなどの制約条件が付される。或いは、これに代えて、コンテナ自体を１つのブロックとして、その内容物を個別に入出荷することなども可能である。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムは、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る在庫配置計画システムを含む工場の生産システムのブロック図。
【図２】図１の在庫配置計画システムで使用されるデータ及び処理を示す線図。
【図３】図１の在庫配置計画システムが対象とするヤードの配置状況を示す平面図。
【図４】図１の在庫配置計画システムの出力データの一部内容を示す線図。
【図５】図１の在庫配置計画システムの出力データの一部内容を示す線図。
【図６】図１の在庫配置計画システムにおける全体処理を示すフローチャート。
【図７】図６のフローチャートにおけるステップ３０の詳細を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１０：生産システム
１１：生産管理システム
１２：在庫配置計画システム
１３：操業管理端末
１４：初期配置計画計算部
１５：緩和解探索処理部
１６：最適配置計画処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムに関し、更に詳しくは、原材料や製品などの入出荷情報に基づいて、予め指定されたヤードへの複数の原材料や製品の在庫配置を計画する在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原材料や製品などの在庫を保管する際に、その原材料や製品などの入出荷情報などに基づいて、予め指定された所定場所への効率的な在庫配置を計画する在庫配置計画方法が用いられている。従来の在庫配置計画方法では、予め設定した一定のルールに従って在庫配置を決定するルールベース手法が用いられていた。なお、本明細書では、原材料や製品などの物品の保管場所をヤードと称する。ルールベースを用いた在庫配置計画については、例えば特許文献１にその記載がある。しかし、この手法では、熟練者の知識を全てルール化する必要があり、また、ルールの優劣によって配置計画の良否が左右されるという問題がある。
【０００３】
特許文献２には、ルールベースの使用に代えて、数式モデルを用いた在庫配置計画方法が記載されている。特許文献２に記載の在庫配置計画方法では、製品の受入れ計画や、製品の出荷計画、在庫計画、設備使用計画、設備修理計画、設備能力、設備現況など、在庫品や設備などに関する修理計画や現況を示す情報と、配置すべき空間であるヤードを小区分に分ける際の空間の単位を決める空間分割精度と、必要な配置計画の時間精度とを数式モデルに入力し、この数式モデルを、予め設定した評価関数（目的関数）を用いて最適化問題として解くことにより、所望の期間分の配置計画を求めている。
【特許文献１】特開平６−３０６４９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０３１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２に記載の手法では、ＬＰ（線形計画法）、ＭＩＰ（混合整数計画法）、ＱＰ（２次計画法）等の数理計画法と、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）とを組み合わせることにより、目的関数に従って最適化問題を解き、受入れ場所、受入れ方向、受入れ量、払出し場所、払出し方向、払出し量などの配置計画を求めている。
【０００５】
特許文献２に記載の在庫配置計画方法によると、最適化問題を解く際に一部をＧＡで解き、残りを線形計画法などで解くという手法を採用しているため、得られる最適解の精度が低いという問題がある。また、混合整数計画法を用いて最適化問題を解く手法も採用されているが、この場合には、精度が高い解が得られるものの、特に変数の数が多い場合には、必要な解を得るために多大の時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、特許文献２に記載の在庫配置計画方法を改良し、複数銘柄の原材料や製品などの在庫を保管する際に、考えられる全ての制約条件を入れて、効率的な在庫配置を計画する在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の在庫配置計画システムは、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部と、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記初期配置計画計算部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求める緩和解探索処理部と、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の在庫配置計画方法は、コンピュータを用いて、ヤードに在庫を配置する配置計画を立案する在庫配置計画方法であって、
前記コンピュータが、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明のプログラムは、コンピュータを用いてヤードの在庫配置を計画するシステムのためのプログラムであって、前記コンピュータに、
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の在庫配置計画システム、方法及びプログラムによると、コンピュータが、考えられる全ての制約条件を満足する解、又は、全ての制約条件を満足はしないが、緩和された制約条件を満足する緩和解を配置計画として求めるため、実行可能で、且つ、経済的な配置計画が容易に得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る在庫配置計画システムを含む工場の生産システムの全体構成を示している。生産システム１０は、原材料や製品の入出荷情報を生成する生産管理システム１１と、その入出荷情報及び現在のヤード配置情報に基づいて、例えば１週間毎のヤードの在庫配置計画を立案する在庫配置計画システム１２と、立案された在庫配置計画に従って、ヤード内の在庫の保管／再配置／出荷の管理を実施し、現在のヤード配置情報を在庫配置計画システム１２にフィードバックする操業管理端末１３とから構成される。
【００１２】
在庫配置計画システム１２は、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷開始時期、入荷可能期間、及び、入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷開始時期、出荷可能期間、及び、出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約などを含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部１４と、制約条件を満たす解が存在する場合には、配置計画部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、制約条件を満たす解が存在しない場合には、制約条件を緩和した緩和制約条件下で配置計画の緩和解を求める緩和解探索処理部１５と、求められた制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部１６とを備える。在庫配置計画システム１２は、コンピュータによって構成され、コンピュータには、計算及び入出力処理を実行するコンピュータ本体と、計算や処理を実行するためのプログラムや、入力されたデータ、計算中のデータ、計算アルゴリズムなどを格納する情報記憶部と、データを入出力する入出力装置とが含まれる。
【００１３】
図２は、在庫配置計画システム１２に入力される情報と、在庫配置計画システム１２が実施する処理と、在庫配置計画システム１２が出力する情報とを一連の情報処理の流れとして線図で示している。在庫配置計画システム１２に入力される情報は、生産管理システム１１から逐次入力されるトランザクション情報Ｃ１０と、在庫配置計画システム１２内に予め入力・設定されているマスタ情報Ｃ２０と、在庫配置計画システム１２内での計算に使用される計算パラメータＣ３０とが含まれる。
【００１４】
トランザクション情報Ｃ１０は、原材料や製品が入荷／出荷される際の入出荷開始時刻、入出荷可能期間、その原材料や製品の品目、及び、その入出荷数量を含む入出荷情報Ｃ１１と、入出荷の作業を行うクレーンについて既に決定されている運転時間及び停止時間を含む装置の稼働日時情報Ｃ１２と、ヤードの位置（識別情報）、毎日の情報である各ヤードに保管されている品目及び数量などのヤード初期情報Ｃ１３とを含む。マスタ情報Ｃ２０は、ヤード制約条件Ｃ２１と、クレーン制約条件Ｃ２２と、ヤード間の横持ち用搬送車制約条件Ｃ２３とを含む。ヤード制約条件Ｃ２１は、ヤード毎に異なる配置可能な品目、ヤード毎及びヤード内の各ブロック毎の保管数量の上限、複数の品目の混載が認められるか否か、及び、連続するブロックに存在する在庫品目を何れのブロックから受け払いするかなどを示す受け払い条件、並びに、異なる製品（品目）又は同種の製品間に許容される距離の下限などを示す情報を含む。
【００１５】
クレーン制約条件Ｃ２２は、各クレーンの積載限界荷重、走行速度などの能力上限、クレーが搬送可能なヤードの情報、クレーンが搬送可能なロットサイズなどの情報を含む。横持ち用搬送車制約条件Ｃ２３は、横持ち用搬送車の能力上限、搬送可能なヤード、搬送可能なロットサイズなどの情報を含む。計算パラメータＣ３０は、計算条件設定用パラメータＣ３１を含み、これには計画対象期間、計算評価基準、及び、計算モードの情報が含まれる。計算評価基準には、例えば、処理日数、クレーンの稼働時間、或いは、ヤードの空きブロック数などが含まれる。計算モードの情報には、例えば、解の計算にあたって実行可能解でよいか、或いは、最適解が必要かの条件が含まれる。これらは、計算の都度、或いは、一連の計算に対して与えられる。
【００１６】
在庫配置計画システム１２による演算処理Ｐ１０には、制約モデルの作成、計算アルゴリズムの指定、及び、計算実行処理が含まれる。在庫配置計画システムから出力される出力Ｃ４０には、立案対象期間内の各ヤードの在庫配置、及び、各時間におけるクレーン毎の使用計画が含まれる。
【００１７】
図３は、在庫配置計画システム１２が計画立案の対象とする、複数のヤードＹ１〜Ｙｎを含むヤードの全体構成を、その制約条件と共に例示している。ｎ個のヤードＹ１〜Ｙｎ（図示の例ではｎ＝４）は、輸送船から陸揚げされる原材料を一時的に保管するために用いられる。各ヤードＹ１〜Ｙｎ内では、種々の品目（Ｍ１〜Ｍ４）の原材料が、個々のブロックＢ１〜Ｂｍ（図示の例ではｍ＝６）に保管される。ヤード領域内では、クレーンによる輸送船からヤードへの積み卸し、ヤード内又はヤード間の横持ち、及び、工場への出荷（払い出し）処理が、それぞれ入荷又は出荷用の専用クレーンや、横持ち用の専用クレーンなどを利用して行われる。また、一部の原材料は、トラックなどによる払い出しも可能である。クレーンは、１日の搬送能力や、積載限界荷重、走行速度などが、また、ヤード間又はヤード内で稼働可能なエリアが、それぞれ制約条件として定められている。
【００１８】
本実施形態では、各ヤードＹ１〜Ｙｎでは、例えば、同一品目の原材料は、同一のブロック又は隣接するブロックＢ１〜Ｂｍに配置可能であるが、異なる品目の原材料は、原材料の混合を避けるために、隣のブロックには配置できないという制約条件がある。また、最後尾のヤードＹｎは、他の常用のヤードＹ１〜Ｙｎ−１に置けない場合など、緊急時に使用する予備のヤードとしてのみ用いるという制約条件がある。
【００１９】
図４は、本実施形態に係る在庫配置計画システムの出力Ｃ４０のうち、立案した配置計画のうちのヤード配置情報の内容を例示している。ヤード配置情報には、それぞれが１日単位として示される時間１〜時間ｐ内における各ブロックの配置内容が記述されており、これら情報は単位時間毎に逐次出力される。図示の例では、各ヤードＹ１〜Ｙｎについて、「ｂｌｏｃｋ[t][y][b]」をヘッダとする情報が出力される旨が示されている。ここで、ヘッダにおいて、ｔは時間（時間１〜時間ｐ）を、ｙはヤード番号（Ｙ１〜Ｙｎ）を、ｂはブロック番号（Ｂ１〜Ｂｍ）をそれぞれ示している。これら時間、ヤード番号及びブロック番号をヘッダとする情報に含まれるデータには、そのブロックに保管されている原材料の品目番号_prodNo、入出荷製品品目番号_prodNo、数量_amount、使用されたクレーン番号_craneNo、製品変化（受け入れ）量_arrivalAmount、製品変化（払い出し）量_shipAmountが含まれる。
【００２０】
図５は、在庫配置計画システムの出力Ｃ４０のうち、立案したクレーンの稼働情報の内容を例示している。この情報は、各クレーン（及び搬送トラック）毎に、時間単位で行われる作業を示す稼働情報である。図示の例では、時間単位は１日であり、全体の出力は、各クレーンの１週間分の稼働内容を表形式で示している。クレーンの稼働情報は、各クレーンの稼働対象となる原材料の品目、積載される荷重、ヤード番号及びブロック番号を含む。
【００２１】
図６は、在庫配置計画システム１２による処理の全体をフローチャートで示し、図７は図６の制約伝播法による在庫配置計算処理ステップの詳細を示している。図６において、システムによる処理が開始すると、まず、制約伝播法を用いた在庫配置計算処理ステップＳ３０が実行される。この計算処理は、図７にその詳細を示すように、各時間ｔ（ｔ１〜ｔｎ）におけるループ処理として行われ、ステップＳ１では、時間ｔにおけるループ処理が設定される。このループ処理には、各時間ｔにおけるヤードへの入荷品目及び数量の決定処理ルーチンと、各時間ｔにおける出荷品目及び数量の決定処理ルーチンとが含まれる。ループ処理内の各ステップでは、ヤードや、ブロック、クレーン、入出荷品目などの変数が１つ選択されて決定する毎に、制約伝播が実行され、その後の処理に関して制約が加算される。
【００２２】
入荷品目及び数量の決定処理ルーチンでは、まず、入荷リスト中に含まれる未処理の品目で最も数量の大きな品目を選択する（ステップＳ２）。ステップＳ２で、１つの品目が選択されたら、対象とするヤード（Ｙ１〜Ｙｎ）内で同じ品目のブロックが既に存在するか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３で、同じ品目を保管するブロックが存在していなければ、ステップＳ４に進み、ヤード内に空きのブロックが存在するか否かが調べられる。ステップＳ４で空きブロックがあると判断されると、空きブロックの内で、ヤード番号が最も小さなヤードで、且つ、ブロック番号が最も小さなブロックが選定される（ステップＳ５）。ステップＳ４で空きブロックがないと判定されると、その時間（ｔ）においては当該品目の入荷をしないと決定し（ステップＳ６）、ステップＳ１３に進む。
【００２３】
ステップＳ３で、ヤード内に同一品目の原材料を保管しているブロックが存在すると判定されると、ステップＳ７に進み、ヤード内に同一品目で保管限度容量に達していない原材料を保管しているブロックが存在しているか否かが判定される。ステップＳ７で、そのようなブロックが存在していないと判定されると、そのブロックに隣接する空きブロック又は最も近い空きブロックが選定される（ステップＳ８）。空きブロックは、例えばブロック番号の大きい方の隣のブロック又は近いブロックを探し、それが存在しない場合にはブロック番号の小さい方の隣のブロック又は近いブロックを選択する。ステップＳ７で該当するブロックが存在すると判定されると、ステップＳ９に進み、ヤード内で同一品目のブロックで且つ保管数量が最も少ないブロックが選択される。次いで、使用可能なクレーンの内で最も能力が高いクレーンが選択される（ステップＳ１０）。次いで、選択されたブロック内に、保管可能な最大量の原材料が当該ブロックに搬入される（ステップＳ１１）。その搬入後に、同一品目の原材料でまだ入荷していない数量が残っているか否かが判定され（ステップＳ１２）、残っていればステップＳ９に戻り、ステップＳ９〜Ｓ１２の処理を繰り返す。ステップＳ１２で、その品目の全てが入荷し終わっていると判定されると、ステップＳ１３に進み、全ての品目について入荷処理が終わっているか否かが判定され、別の品目がまだ残っていれば、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜Ｓ１２を繰り返す。その時間（ｔ）に入荷可能な全ての品目の処理が終了していると判定されると、出荷品目及び数量の決定処理ルーチンに移行する。
【００２４】
出荷品目及び数量の決定処理ルーチンでは、まず、出荷リスト中に含まれる未処理の品目で最も数量が小さな品目を選択する（ステップＳ１４）。次いで、ヤード内にその品目を保管するブロックが存在するか否かが判定される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で、その品目を保管するブロックがなければ、ステップＳ１６に進み、出荷なしと判定して、ステップＳ２１に進む。また、ステップＳ１５で、その品目を保管するブロックが存在すると判定されると、ステップＳ１７に進み、ヤード内で同一品目を保管するブロック中で最も保管量が少ないブロックが選択される。次いで、使用可能なクレーンの内で最も能力が高いクレーンが選択され（ステップＳ１８）、先に選択されたブロックから出荷できる最大数量の原材料が出荷される（ステップＳ１９）。次いで、その品目で出荷すべき量がまだ残っているか否かが判定され（ステップＳ２０）、残っていればステップＳ１７に戻り、ステップＳ１７〜Ｓ２０を繰り返す。出荷すべき数量が残っていなければ、ステップＳ２１に進み、その時間（ｔ）に出荷可能な全ての品目で出荷処理が終わっているか否かが判定され、残っていればステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４〜Ｓ２１を繰り返す。出荷すべき品目が残っていなければ、ステップＳ２２に進み、ループ処理の設定が終了される。このループ処理は、システムの１回の処理単位である時間ｔ１〜ｔｎの全て、例えば時間単位を１日としたときには、１週間分の処理について、連続して設定される。
【００２５】
なお、上記処理では、説明を簡単にするために、全ての品目について入荷処理を終了してから、出荷処理に移行する例を示したが、この例には限定されない。例えば、１品目について入荷処理を行ってから、当該品目について引き続き出荷処理を行うことができる。また、ヤード使用の効率化のためには、出荷処理を行った後に、入荷処理を行ってもよく、その場合にも全品目の出荷処理の完了後に入荷処理に移行してもよく、或いは、１品目毎に出荷処理及び入荷処理を連続して行ってもよい。
【００２６】
図６に戻り、ステップＳ３０における制約伝播による在庫配置計算処理が終了すると、ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす解（初期解）が存在しているか否かが判定される。例えば、図７の入荷処理ルーチンに際して、計画中の時間ｔ１〜ｔｎの全てにおいて、ステップＳ６で「入荷しない」と判定された場合には、全ての制約条件を満たす解が存在しない。例えば、クレーンの能力によっては、所要時間の制約条件を満足する所望の解が得られないことなども考えられる。全ての制約条件を満たす解が存在すると、各変数の値を定めた１つの解が初期解として選定される。ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす初期解が存在しないと判定されると、緩和解探索処理ルーチンに移行する。
【００２７】
まず、緩和条件案として、通常時に配置可能な常用ヤードＹ１〜Ｙ３に、図３に示した予備ヤードＹｎを追加する案が示される（ステップＳ３２）。この緩和条件案を含む制約条件下で、解が存在するか否かが判定され（ステップＳ３３）、解が存在すると判定されると、その緩和条件案及びその案に基づいた緩和解１が採用され（ステップＳ３４）、ステップＳ３９に進む。また、ステップＳ３３で上記の緩和条件案でも解が存在しないと判定されると、次の緩和条件案として、クレーン能力の上限が緩和される案が示される（ステップＳ３５）。この緩和条件案を含む制約条件下で解が存在するか否かが判定され（ステップＳ３６）、解が存在すると判定されると、その緩和条件案及びその案に基づく緩和解２が採用され（ステップＳ３７）、ステップ３９に進む。ステップ３６で、その緩和条件下で解が存在しないと判定されると、全ての緩和条件下で解が存在しないと判定し（ステップＳ３８）、緩和解探索処理ルーチンを終了し、全体の処理を終了する。
【００２８】
緩和条件として、例えば、クレーン能力の上限が緩和された場合には、そのような能力を持つクレーンが、その入荷時点で間に合うように手配される。緩和可能な制約条件としては、他に、クレーン稼働時間の緩和（延長）、異なる２つの品目間の距離、横持ち用搬送車の能力、出荷日（延長）などが挙げられる。予備のヤードは、例えば対価を支払って借用するリースのヤードであってもよい。
【００２９】
ステップＳ３１で全ての制約条件を満たす初期解が存在すると、或いは、緩和解探索処理ルーチンで緩和解が探索されると、ステップＳ３９に進み、最適化計算の選定処理が行われる。目的関数としては、例えば処理日数、クレーンの稼働時間、或いは、ヤードの空きブロック数が選定され、処理日数やクレーンの稼働時間の最小化、或いは、ヤードの空きブロックの最大化を与える最適解が計算される。本実施形態では、最適化計算は、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを選択して用いるハイブリッド方法が採用される。
【００３０】
最適化計算法の選定に際しては、例えば、変数の数が所定のしきい値よりも大きいか否が判定され、最適化計算における計算の複雑さが判定される。この場合、例えば、ヤード数やブロック数、品目数などの合計がしきい値よりも大きいときには、計算が複雑であると判定される。計算が複雑であると判定されると、制約伝播法による計算が選択され、フラグ１が立つ。計算が比較的簡単であると判定されると、混合整数計画法による計算が選択され、フラグ２が立つ。フラグ１が立つ場合には、以下に述べるように、実行可能な近似解が短時間で得られ、フラグ２が立つ場合には、それほど長時間を要することなく最適解が得られる。何れの方法が採用される場合にも、必要な解を得るのに要する時間が平均化される。
【００３１】
ステップＳ３９で、求める変数の数が多くフラグ１が立った場合には、ステップＳ４０に進み、先に求められた変数の初期解又は緩和解によって得られる目的関数の初期解Ｅｉｎｉが計算される。次に、目的関数の初期解Ｅｉｎｉからの改善率α（０＜α＜１．０）が選定される。次いで、下記制約式
Ｅｎｅｘｔ<α×Ｅｉｎｉ
を用い、制約伝播法を用いて次の解を探索する（ステップＳ４０）。目的関数の初期解Ｅｉｎｉは、例えば目的関数がリードタイムであれば、「リードタイム＝３０日」などとして得られる。所定の繰り返し回数、又は、所定の計算時間内で連続して、目的関数であるリードタイムが短縮可能な解を逐次探索する。ステップＳ４１で、所定回数若しくはタイムアウトが検出されると、又は、それ以前に最適解が見つかると、それまでに得られた解を記憶し探索処理を終了してステップＳ４３に進む。制約伝播法を用いて解を探索すると、変数の数が多くても、比較的短時間で最適解の近似値が得られる。初期解、改善率及び制約式は、条件毎に予め設定されて、記憶装置に記憶されている。
【００３２】
ステップＳ３９で、求める変数の数が少なくフラグ２が立った場合には、ステップＳ４２に進み、混合整数計画法を採用して最適解を探索する。混合整数計画法によると一般に探索時間が長くなるが、この場合には変数の数が少ないため、それほど長時間を要することなく、最適解が得られる。
【００３３】
ステップＳ４１又はステップ４２で最適解又はその近似解が探索されると、その探索された解が最適解として採用され（ステップＳ４３）、在庫配置計画処理を終了する。得られる在庫配置計画は、図４及び図５にそれぞれ示した、時間１〜時間ｎにおけるヤードの在庫配置状況及びクレーンの稼働状況である。図１の操業管理端末１３は、在庫配置計画システム１２から立案された配置計画を受け取ると、その計画情報を必要な部署に配布する。また、その後は操業状況を管理し、且つ、その操業によって得られた配置結果の情報を、在庫配置計画システム１２にフィードバックする。
【００３４】
上記実施形態では、例えば費用や時間コストを削減できる全ての制約条件を設定し、その全ての制約条件を満足する解が存在しない場合には、緩和条件下で緩和解を探索する処理を行う計算手順を採用した。このため、全ての制約条件を満たす解が存在する通常時には、費用や時間コストが節約され、経済的な在庫配置が可能になる。一方、全ての制約条件を満足する解が存在しない場合には、その制約条件を緩和することによって、得られた緩和解を基に管理者が現実的な対応をとることなどで、必要な解が常に得られる利点がある。また、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを、必要に応じて選定することによっても、最適解又はその近似解が制約時間内で得られる利点がある。
【００３５】
なお、上記実施形態では、緩和解探索処理に続いて最適解を求める例を示したが、場合によっては、最適解を求めることなく、緩和解を一旦そのまま出力してもよい。その場合には、例えば、その時点で管理者による判断が入力される。
【００３６】
また、上記実施形態では、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを選択して用いるハイブリッド方法を採用したが、それらの内の一方のみ、或いは、他の公知の手法を採用してもよい。
【００３７】
更に、上記実施形態では、緩和する制約条件としては、緩和することによって、費用や時間コストが幾らか増大する制約条件が選定された。しかし、緩和する制約条件には、費用や時間コストを左右する条件には特に限定されず、例えば、その制約条件を守ることによって好ましい結果が得られる制約条件であって、且つ、緩和することによっても大きな不利益が生じない制約条件が選定される。
【００３８】
更に、上記実施形態では、ヤードにおける原材料の在庫を配置する例を示したが、本発明は、ヤード内にコンテナなどを配置する配置計画にも適用可能である。この場合、コンテナに収容される内容物が同じコンテナのみが同一のブロックに配置できるなどの制約条件が付される。或いは、これに代えて、コンテナ自体を１つのブロックとして、その内容物を個別に入出荷することなども可能である。
【００３９】
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の在庫配置計画システム、在庫配置計画方法及びプログラムは、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る在庫配置計画システムを含む工場の生産システムのブロック図。
【図２】図１の在庫配置計画システムで使用されるデータ及び処理を示す線図。
【図３】図１の在庫配置計画システムが対象とするヤードの配置状況を示す平面図。
【図４】図１の在庫配置計画システムの出力データの一部内容を示す線図。
【図５】図１の在庫配置計画システムの出力データの一部内容を示す線図。
【図６】図１の在庫配置計画システムにおける全体処理を示すフローチャート。
【図７】図６のフローチャートにおけるステップ３０の詳細を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１０：生産システム
１１：生産管理システム
１２：在庫配置計画システム
１３：操業管理端末
１４：初期配置計画計算部
１５：緩和解探索処理部
１６：最適配置計画処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部と、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記初期配置計画計算部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求める緩和解探索処理部と、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部とを備えることを特徴とする在庫配置計画システム。
【請求項２】
前記制約条件が、ヤード内の複数のブロック毎に収容可能な在庫量に関する制約と、品目が異なる材料の同一ブロックへの収容を禁止する制約と、ヤード内で材料を搬送するクレーンの能力に関する制約とを含む、請求項１に記載の在庫配置計画システム。
【請求項３】
前記最適配置計画処理部は、求める解に含まれる変数の数に基づいて、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを用いて、前記初期配置計画計算部又は緩和解探索処理部が出力する解を目的関数に従って最適化処理を行う、請求項１又は２に記載の在庫配置計画システム。
【請求項４】
コンピュータを用いて、ヤードに在庫を配置する配置計画を立案する在庫配置計画方法であって、
前記コンピュータが、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを有することを特徴とする在庫配置計画方法。
【請求項５】
コンピュータを用いてヤードの在庫配置を計画するシステムのためのプログラムであって、前記コンピュータに、
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力する初期配置計画計算部と、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記初期配置計画計算部が出力する解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求める緩和解探索処理部と、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画する最適配置計画処理部とを備えることを特徴とする在庫配置計画システム。
【請求項２】
前記制約条件が、ヤード内の複数のブロック毎に収容可能な在庫量に関する制約と、品目が異なる材料の同一ブロックへの収容を禁止する制約と、ヤード内で材料を搬送するクレーンの能力に関する制約とを含む、請求項１に記載の在庫配置計画システム。
【請求項３】
前記最適配置計画処理部は、求める解に含まれる変数の数に基づいて、制約伝播法又は混合整数計画法の何れかを用いて、前記初期配置計画計算部又は緩和解探索処理部が出力する解を目的関数に従って最適化処理を行う、請求項１又は２に記載の在庫配置計画システム。
【請求項４】
コンピュータを用いて、ヤードに在庫を配置する配置計画を立案する在庫配置計画方法であって、
前記コンピュータが、ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記コンピュータが、前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを有することを特徴とする在庫配置計画方法。
【請求項５】
コンピュータを用いてヤードの在庫配置を計画するシステムのためのプログラムであって、前記コンピュータに、
ヤードにおける現在の在庫配置情報と、ヤードに入荷する材料の品名、入荷時期及び入荷数量を含む入荷計画情報と、ヤードから出荷する材料の品名、出荷時期及び出荷数量を含む出荷計画情報とに基づいて、ヤードに材料を配置する際の配置制約を少なくとも含む制約条件を満たす配置計画を求める計算を実施し、該配置計画の解が存在する場合には、その解を出力するステップと、
前記制約条件を満たす解が存在する場合には、前記出力された解を用いて材料の在庫配置を計画し、前記制約条件を満たす解が存在しない場合には、前記制約条件を緩和した緩和制約条件下で在庫配置の緩和解を求めるステップと、
前記制約条件を満たす解又は緩和解を用いて材料の在庫配置を計画するステップとを実行させることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１５０１４７（Ｐ２００８−１５０１４７Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３８７８９（Ｐ２００６−３３８７８９）
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１５日（２００６．１２．１５）
【出願人】（０００１７６７６３）三菱化学エンジニアリング株式会社 (85)
【Ｆターム（参考）】
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