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JP7024580B2 - Mountain division plan creation device, mountain division plan creation method, and program - Google Patents

Mountain division plan creation device, mountain division plan creation method, and program Download PDF

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JP7024580B2
JP7024580B2 JP2018085472A JP2018085472A JP7024580B2 JP 7024580 B2 JP7024580 B2 JP 7024580B2 JP 2018085472 A JP2018085472 A JP 2018085472A JP 2018085472 A JP2018085472 A JP 2018085472A JP 7024580 B2 JP7024580 B2 JP 7024580B2
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Description

本発明は、山分け計画作成装置、山分け計画作成方法、およびプログラムに関し、特に、山分け計画を作成するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a mountain division plan creation device, a mountain division plan creation method, and a program, and is particularly suitable for use in creating a mountain division plan.

鉄鋼プロセスにおいて、例えば製鋼工程から次工程の圧延工程へスラブ等の鋼材を搬送する際、鋼材は、一旦ヤードと呼ばれる一時保管場所に搬入されて置かれた後、次工程である圧延工程(加熱炉)の処理時刻に合わせてヤードから搬出される。そのヤードのレイアウトの一例を図11に示す。ヤードは、図11に示すように、上流工程より払い出された鋼材などを下流工程に供給するためのバッファーエリアとして、縦横に区画された置場1101~1104から構成される。縦方向の分割区分を"棟"、横方向の分割区分を"列"と称することが多い。クレーン(1A、1B、2A、2B)は棟内を移動可能であり、同一棟内での異なる列の間で鋼材の移送を行う。また搬送テーブルにより棟間の鋼材の移送を行う。搬送指令を作成する際は"棟"及び"列"を指定することにより、どこへ鋼材を搬送するか指令できる。 In the steel process, for example, when a steel material such as a slab is transported from the steelmaking process to the rolling process of the next process, the steel material is once carried into a temporary storage place called a yard and then placed in the rolling process (heating) which is the next process. It is carried out from the yard according to the processing time of the furnace). An example of the layout of the yard is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the yard is composed of storage areas 1101 to 1104 partitioned vertically and horizontally as a buffer area for supplying steel materials and the like discharged from the upstream process to the downstream process. The vertical divisions are often referred to as "buildings" and the horizontal divisions are often referred to as "columns". Cranes (1A, 1B, 2A, 2B) are movable within the building and transfer steel materials between different rows within the same building. In addition, steel materials will be transferred between buildings using a transfer table. By specifying the "building" and "row" when creating a transport command, it is possible to command where to transport the steel material.

図11を例にヤードでの基本的な作業の流れを示す。まず、前工程である製鋼工程の連鋳機1110から搬出された鋼材は、パイラー1111を経由して受入テーブルXでヤードまで搬入され、クレーン1A、1B、2A、2Bにより、区画された置場1101~1104の何れかに搬送され、山積みして置かれる。そして、次工程である圧延工程の製造スケジュールに合わせ、再びクレーン1A、1B、2A、2Bにより払出テーブルZに載せられ、圧延工程へと搬送される。一般に、ヤードにおいて鋼材は、前記の様に山積みされた状態で置かれる。これは、限られたヤード面積を有効に活用するためである。一方、鋼材を積み上げる際、次工程へ供給し易いよう、次工程の処理順番に鋼材が上から積まれている必要がある。さらに、積み姿が不安定な逆ピラミッド状に鋼材を積まないようにする必要がある。このように、鋼材を複数の最適山(=払出山:次工程へ払い出す最終的な山姿となった山)に分けることを山分けと呼ぶ。 FIG. 11 shows a basic work flow in the yard as an example. First, the steel material carried out from the continuous casting machine 1110 in the steelmaking process, which is the previous process, is carried into the yard at the receiving table X via the piler 1111, and is partitioned by the cranes 1A, 1B, 2A, and 2B. It is transported to any of 1104 and placed in piles. Then, according to the production schedule of the rolling process, which is the next process, the cranes 1A, 1B, 2A, and 2B are placed on the payout table Z again and transported to the rolling process. Generally, steel materials are placed in a pile as described above in a yard. This is to make effective use of the limited yard area. On the other hand, when stacking steel materials, it is necessary to stack the steel materials from the top in the processing order of the next process so that they can be easily supplied to the next process. Furthermore, it is necessary to prevent steel materials from being stacked in an inverted pyramid shape, which is unstable in stacking. In this way, dividing the steel material into a plurality of optimum mountains (= payout mountain: the mountain that has become the final mountain shape to be paid out to the next process) is called mountain division.

ここで、次工程である圧延工程の加熱炉の燃料原単位を削減するため、可及的に高い温度の鋼材を加熱炉に払い出す(装入する)ことが求められる。このため、昨今、ヤード内に保温設備を設置し、保温設備の中に前述したようにして鋼材を山積みした状態で保管することが行われている。このように保温設備を用いる場合でも、置場1101~1104に直接鋼材を山積みする場合と同様に、保温設備を有効に活用するため、保温設備の中において、可及的に高さの高い払出山を作成することが必要である。 Here, in order to reduce the fuel intensity of the heating furnace in the rolling process, which is the next process, it is required to dispense (charge) the steel material having the highest possible temperature into the heating furnace. For this reason, in recent years, heat insulating equipment has been installed in the yard, and steel materials are stored in a pile in the heat insulating equipment as described above. Even when the heat insulating equipment is used in this way, in order to make effective use of the heat insulating equipment, as in the case of directly stacking steel materials in the storage areas 1101 to 1104, the height of the payout mountain is as high as possible. It is necessary to create.

一方、鋼材を積み上げる際には、次工程へ供給しやすいよう、次工程の処理順番に鋼材が上から積まれていること、および積み形状が不安定な逆ピラミッド状に鋼材を積めないことなどの制約(これを「積姿制約」と称する)がある。更に、山立てを行う際の作業負荷(この作業負荷を山繰り負荷(上から払出順の鋼材を積み替えるための負荷)という)も見逃せない要素である。すなわち、山分けを行う上で、作業スペースの問題や作業を行うクレーン等の搬送機器の能力の兼ね合いから、山積みを行うための搬送作業数ができるだけ少ないことが求められる。山分けの場合には、ヤードに到着する順に鋼材を積んでいくことが出来れば理想的である。一方で、圧延工程への払出時の仮置き(山繰り)を無くし、払出作業を迅速に行うために、払出山においては、圧延工程の加熱炉への払出が早いものを上に積むのが基本である。従って、現実的には、ヤードへの到着順と払出山における積順とが食い違う場合がある。すなわち、ヤードへの到着順が早い方の鋼材を遅い方の鋼材よりも同一の払出山の上の段に積まなければならない場合がある。その場合には、相対的に下段に積まれる鋼材がヤードに到着するまで、先にヤードに到着した鋼材を一旦仮置き場に仮置きし、相対的に下段に積まれる鋼材がヤードに到着し山積みされてから、その鋼材の上に、仮置き場の鋼材を積む作業が必要となる。したがって、この様な作業ができるだけ少なくなるような山立てをすることが望まれる。 On the other hand, when stacking steel materials, the steel materials must be stacked from the top in the processing order of the next process so that they can be easily supplied to the next process, and the steel materials cannot be stacked in an inverted pyramid shape with an unstable stacking shape. There is a constraint (this is called a "stacking constraint"). Furthermore, the work load when piling up (this work load is called the heap load (load for transshipment of steel materials in the order of delivery from the top)) is also an element that cannot be overlooked. That is, in order to divide into piles, it is required that the number of transport operations for stacking is as small as possible due to the problem of work space and the capacity of transport equipment such as cranes for performing the work. In the case of mountain division, it would be ideal if steel materials could be piled up in the order of arrival at the yard. On the other hand, in order to eliminate the temporary placement (mountain rolling) at the time of paying out to the rolling process and to perform the payout work quickly, in the payout mountain, it is better to stack the ones that are quickly paid out to the heating furnace in the rolling process. It's basic. Therefore, in reality, the order of arrival at the yard and the order of product at the payout mountain may be different. That is, it may be necessary to stack the steel material with the earliest arrival in the yard on the upper stage of the same payout pile than the steel material with the slower arrival order. In that case, the steel materials that arrived in the yard first are temporarily placed in the temporary storage area until the steel materials that are relatively piled up in the lower tier arrive at the yard, and the steel materials that are relatively piled up in the lower tier arrive at the yard and pile up. After that, it is necessary to load the steel material of the temporary storage site on the steel material. Therefore, it is desirable to make a pile so that such work is reduced as much as possible.

以上のように、ヤード管制では、前記制約の下で可及的に少ない作業負荷で、可及的に高い山立てを行う作業計画を策定することが望まれる。
鋼材置き場でサイズや次工程(圧延工程の加熱炉)での処理順序が異なる複数枚の鋼材を複数の山に分けて山積みする山分け問題を解決するには、対象鋼材により生成可能な全ての山分け候補の中から、ヤードへの受入時の山分け負荷や圧延工程の加熱炉への払出時の作業負荷などの評価関数を最適化する山分けの組み合わせを求めることが不可欠である。
As described above, in yard control, it is desirable to formulate a work plan for as high a mountain as possible with as little work load as possible under the above restrictions.
To solve the problem of stacking multiple sheets of steel with different sizes and processing orders in the next process (rolling process heating furnace) at the steel storage site, dividing them into multiple piles, all the piles that can be generated by the target steel are divided. From the candidates, it is indispensable to find a combination of mountain divisions that optimizes the evaluation function such as the mountain division load at the time of acceptance into the yard and the work load at the time of delivery to the heating furnace in the rolling process.

このような大規模問題への対処方法として、特許文献1には、何れの対象鋼材も複数の山に重複使用されてはならず、且つ、何れかの山にて使用されねばならないという制約と、山の総数および山繰り負荷を最小化する目的関数との下で、集合分割問題として最適な実現可能山の組み合わせを求めることにより山分け計画を作成する手法が開示されている。ここで、実現可能山とは、対象鋼材を要素とする全体集合に対する部分集合であって、山積み制約を満たす部分集合である。山積み制約は、鋼材を山積みする際に課せられる制約である。払出順が早い鋼材の方が山の上側に配置されなければならないという制約等が山積み制約に含まれる。 As a method for dealing with such a large-scale problem, Patent Document 1 states that none of the target steel materials must be used in a plurality of piles and must be used in any of the piles. , A method of creating a mountain division plan by finding the optimum combination of feasible mountains as a partition of a set problem is disclosed under the objective function that minimizes the total number of mountains and the mountain rolling load. Here, the feasible pile is a subset of the whole set whose elements are the target steel materials, and is a subset that satisfies the pile constraint. The stacking constraint is a constraint imposed when stacking steel materials. The stacking constraint includes the constraint that steel materials with a faster payout order must be placed on the upper side of the pile.

特許文献1に記載の方法は厳密解法であることから、目的関数として設定した山の総数および山繰り負荷に対する最適な山分け計画を作成することが期待できる。また、特許文献1では、実現可能の見込みのない部分集合のチェックを効率的に省略できるよう、最下段から順次上段に向かって実現可能な鋼材のみを積み上げる(分岐する)方式により実現可能山のみを生成する。 Since the method described in Patent Document 1 is an exact solution method, it can be expected to create an optimum mountain division plan for the total number of mountains set as the objective function and the mountain rolling load. Further, in Patent Document 1, only feasible piles are piled up (branched) from the bottom to the top in order so that the check of subsets that are unlikely to be feasible can be efficiently omitted. To generate.

しかしながら、特許文献1に記載の技術を、山分け計画の作成対象となる鋼材要素数が50~80程度となる大規模問題に適用すると、実現可能山の数が1億個を超えることも頻繁に起こり、その場合には、計算機資源(主に主メモリ)の容量制限に掛かり、実現可能山を列挙できない事態が起こる。また、そこまでの規模にはならず、かろうじて実現可能山の列挙まではできた場合でも、その後の集合分割問題を最適計算する際、決定変数の数が実現可能山の数となるため、計算途中でメモリ容量を超えるか実用時間内では求解できない状況となる。 However, when the technique described in Patent Document 1 is applied to a large-scale problem in which the number of steel element elements for which a mountain division plan is created is about 50 to 80, the number of feasible mountains often exceeds 100 million. In that case, the capacity of computer resources (mainly main memory) is limited, and the feasible mountains cannot be listed. In addition, even if the scale is not so large and the enumeration of feasible mountains is barely possible, the number of determinants will be the number of feasible mountains when optimally calculating the subsequent set partitioning problem. The memory capacity is exceeded on the way, or the situation cannot be solved within the practical time.

この様な実行可能解が列挙不能となるような大規模な問題に対し、集合分割問題を適用し最適解を得る方法として特許文献2には、自然言語処理におけるアライメント問題(二つの系列が与えられたときに片方の系列のどの要素がもう片方の系列のどの要素に対応するかを求める問題)に列生成法を用いる手法が開示されている。列生成法は大規模な線形計画問題を一括で解く代わりに、逐次的に変数を追加しながら元の問題の部分問題を解くことで元の問題の最適解を求める手法である。従って、ヤードにおける山分け問題に対してもこの手法を適用することが考えられる。 As a method of applying a set partitioning problem to obtain an optimum solution for such a large-scale problem in which feasible solutions cannot be enumerated, Patent Document 2 provides an alignment problem in natural language processing (two sequences are given). A method of using a column generation method is disclosed for the problem of finding which element of one series corresponds to which element of the other series when the problem is solved. The column generation method is a method of finding the optimum solution of the original problem by solving the partial problem of the original problem while sequentially adding variables instead of solving a large-scale linear programming problem at once. Therefore, it is conceivable to apply this method to the problem of mountain division in the yard.

特開2016-81186号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-81186 特開2015-170131号公報JP-A-2015-170131 特開2011-105483号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-105483

久保幹雄、田村明久、松井知己編、「応用数理計画ハンドブック」、株式会社朝倉書店、2002年5月、p.133、337、621、634Mikio Kubo, Akihisa Tamura, Tomomi Matsui, "Applied Mathematical Planning Handbook", Asakura Shoten Co., Ltd., May 2002, p.133, 337, 621, 634

しかしながら、特許文献2に記載の技術では、あくまでも解法の枠組みを提供しているのみで解法そのものを提供していない。従って、適用対象に応じて、適用方法を考案する必要がある。また、特許文献2に記載の技術では、アライメント問題を前提としているため、特許文献2に記載の技術を山分け問題に適用することは容易ではない。
また、列生成法は、これを用いることで線形計画問題の最適解を得られることは保証されているが、本発明で適用しようとする集合分割問題の様な0-1計画問題に対しては、実行可能解は得られる(最小化問題の場合は解の上限が求まる)が、最適解を得られることは必ずしも保証されていない。事実先の特許文献2でもこの点は課題として残されたままである。
However, the technique described in Patent Document 2 only provides the framework of the solution method, and does not provide the solution method itself. Therefore, it is necessary to devise an application method according to the application target. Further, since the technique described in Patent Document 2 is premised on the alignment problem, it is not easy to apply the technique described in Patent Document 2 to the mountain division problem.
Further, although the column generation method is guaranteed to obtain the optimum solution of the linear programming problem by using it, it is applied to the 0-1 planning problem such as the partition of a set problem to be applied in the present invention. Can obtain a feasible solution (in the case of a minimization problem, the upper limit of the solution can be obtained), but it is not always guaranteed that the optimum solution can be obtained. This point remains an issue even in the factual Patent Document 2.

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、山分けの対象材が多い場合であっても、山分け計画を2値制約(0-1制約)に伴う誤差(双対ギャップ)を解消した最適解に基づき確実に作成することができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even when there are many target materials for mountain division, the error (dual gap) due to the binary constraint (0-1 constraint) in the mountain division plan is eliminated. The purpose is to ensure that it can be created based on the optimal solution.

本発明の山分け計画作成装置は、複数の対象材に対して山分け計画を作成する問題を集合分割問題とし、当該集合分割問題を、列生成法を用いて解くことにより山分け計画を作成する山分け計画作成装置であって、所定の制約を満たす様に積まれた実現可能山を解として採用するか否か決定する2値変数を決定変数として、当該実現可能山に対する前記対象材の山立てについての評価値である列コストを含む目的関数の値が最小または最大になる前記決定変数を求めることにより、前記複数の対象材を重複することなく且つ漏れなく含む前記実現可能山の最適な組み合わせを求める問題を原問題とし、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補である候補山を生成する列生成子問題の最適解を導出する列生成手段と、前記列生成手段により導出された前記候補山の集合が、所定の収束要件を満足しない場合には、当該集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山を探索し、当該探索した近傍の実現可能山を、前記候補山として追加する探索手段と、前記列生成手段により導出された候補山と、前記探索手段により追加された候補山とを含む前記実現可能山の集合に基づいて前記原問題を解くことにより、当該原問題の最適値を導出する第1の原問題導出手段と、前記第1の原問題導出手段により導出された前記原問題の最適値に対応する前記実現可能山の組み合わせを示す情報を、前記原問題の最適解を示す情報として出力する出力手段と、を有することを特徴とする。 The mountain division plan creating device of the present invention sets a problem of creating a mountain division plan for a plurality of target materials as a set division problem, and creates a mountain division plan by solving the set division problem using a column generation method. Regarding the heaping of the target material for the feasible mountain, using a binary variable that determines whether or not to adopt the feasible mountain piled up so as to satisfy a predetermined constraint as a solution. By finding the decision variable in which the value of the objective function including the column cost, which is the evaluation value, becomes the minimum or the maximum, the optimum combination of the feasible peaks including the plurality of target materials without duplication and omission is obtained. A column generation means for deriving the optimum solution of a column generator problem that generates a candidate mountain that is a candidate for a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem with the problem as the original problem, and a column generation means derived by the column generation means. If the set of candidate mountains does not satisfy the predetermined convergence requirements, the search for the feasible mountains in the vicinity where a part of the target material has a different configuration is searched for each candidate mountain included in the set. Based on the set of the feasible mountains including the search means for adding the feasible mountains in the vicinity as the candidate mountains, the candidate mountains derived by the column generation means, and the candidate mountains added by the search means. The first original problem deriving means for deriving the optimum value of the original problem by solving the original problem, and the realization corresponding to the optimum value of the original problem derived by the first original problem deriving means. It is characterized by having an output means for outputting information indicating a combination of possible peaks as information indicating an optimum solution of the original problem.

本発明の山分け計画作成方法は、複数の対象材に対して山分け計画を作成する問題を集合分割問題とし、当該集合分割問題を、列生成法を用いて解くことにより山分け計画を作成する山分け計画作成方法であって、所定の制約を満たす様に積まれた実現可能山を解として採用するか否か決定する2値変数を決定変数として、当該実現可能山に対する前記対象材の山立てについての評価値である列コストを含む目的関数の値が最小または最大になる前記決定変数を求めることにより、前記複数の対象材を重複することなく且つ漏れなく含む前記実現可能山の最適な組み合わせを求める問題を原問題とし、コンピュータが、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補である候補山を生成する列生成子問題の最適解を導出する列生成ステップと、前記列生成ステップにより導出された前記候補山の集合が、所定の収束要件を満足しない場合には、コンピュータが、当該集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山を探索し、当該探索した近傍の実現可能山を、前記候補山として追加する探索ステップと、コンピュータが、前記列生成ステップにより導出された候補山と、前記探索ステップにより追加された候補山とを含む前記実現可能山の集合に基づいて前記原問題を解くことにより、当該原問題の最適値を導出する第1の原問題導出ステップと、コンピュータが、前記第1の原問題導出ステップにより導出された前記原問題の最適値に対応する前記実現可能山の組み合わせを示す情報を、前記原問題の最適解を示す情報として出力する出力ステップと、を有することを特徴とする。 In the method for creating a mountain division plan of the present invention, a problem of creating a mountain division plan for a plurality of target materials is set as a set division problem, and the mountain division plan is created by solving the set division problem using a column generation method. Regarding the pile-up of the target material for the feasible mountain, using a binary variable that determines whether or not to adopt the feasible mountain piled up so as to satisfy a predetermined constraint as a solution. By finding the decision variable in which the value of the objective function including the column cost, which is the evaluation value, becomes the minimum or the maximum, the optimum combination of the feasible peaks including the plurality of target materials without duplication and omission is obtained. Using the problem as the original problem, the column generation step of deriving the optimum solution of the column generator problem in which the computer generates the candidate mountain which is a candidate of the feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem, and the column generation step If the derived set of candidate ridges does not meet the predetermined convergence requirements, the computer will perform the near feasible ridges in the vicinity of each candidate ridge included in the set, with some of the target materials having different configurations. A search step of searching for and adding a feasible mountain in the vicinity of the search as the candidate mountain, a candidate mountain derived by the computer in the column generation step, and a candidate mountain added by the search step. The first original problem derivation step for deriving the optimum value of the original problem by solving the original problem based on the set of the feasible peaks including the computer, and the computer are derived by the first original problem derivation step. It is characterized by having an output step for outputting information indicating a combination of feasible peaks corresponding to the optimum value of the original problem as information indicating an optimum solution of the original problem.

本発明のプログラムは、前記山分け計画作成装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。 The program of the present invention is characterized in that a computer functions as each means of the mountain division planning apparatus.

本発明によれば、山分けの対象材が多い場合であっても、山分け計画を2値制約(0-1制約)に伴う誤差(双対ギャップ)を解消した最適解に基づき確実に作成することができる。 According to the present invention, even when there are many target materials for mountain division, the mountain division plan can be reliably created based on the optimum solution that eliminates the error (dual gap) associated with the binary constraint (0-1 constraint). can.

鋼材の山分け計画作成装置の機能的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional structure of the pile division plan making apparatus of a steel material. 前処理部における処理を行った結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having performed the processing in the pre-processing part. 1増近傍山および1減近傍山の概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of 1 increase neighborhood mountain and 1 decrease neighborhood mountain. 本処理部における処理を行った結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of performing the processing in this processing part. 鋼材の山分け計画作成方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the method of making a pile division plan of a steel material. 図5-1に続くフローチャートである。It is a flowchart following FIG. 5-1. 近傍探索処理(図5-2のステップS511)の詳細を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the detail of the neighborhood search process (step S511 of FIG. 5-2). 図6-1に続くフローチャートである。It is a flowchart following FIG. 6-1. 本処理部が増加する様子の一例を概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows an example of how this processing part increases. 本処理部において第2近傍列まで求める処理を行った結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having performed the process of finding up to the 2nd neighborhood column in this processing part. 山分け計画の作成結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the creation result of the mountain division plan. 本実施形態で説明した手法と、<変形例2>に記載の手法における計算時間の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation time in the method described in this Embodiment and the method described in <modification example 2>. ヤードのレイアウトの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the layout of a yard.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
(原問題P(C))
まず、本実施形態で解くべき問題である原問題P(C)について説明する。本実施形態では、原問題P(C)を集合分割問題とする。集合分割問題は、全体集合Nの任意の部分集合Sjが、その列コストcjを持つという前提で、以下の(1)式に示すように、全体集合Nの要素iを、重複なく且つ漏れなく部分集合m1,m2,・・・,mkに分割する問題である。このとき、部分集合m1,m2,・・・,mkに対する列コストc1,c2,・・・,ckの総和が最小となるようにする。以下の(1)式は、全体集合Nの要素iを重複なく且つ漏れなく部分集合m1,m2,・・・,mkに分割することを表す。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Original problem P (C))
First, the original problem P (C), which is a problem to be solved in this embodiment, will be described. In this embodiment, the original problem P (C) is a set partition problem. The partition of a set problem assumes that any subset S j of the whole set N has its column cost c j , and as shown in the following equation (1), the elements i of the whole set N are not duplicated and It is a problem of dividing into subsets m 1 , m 2 , ..., m k without omission. At this time, the sum of the column costs c 1 , c 2 , ..., C k for the subsets m 1 , m 2 , ..., M k is set to the minimum. The following equation (1) represents that the element i of the whole set N is divided into subsets m 1 , m 2 , ..., M k without duplication and omission.

Figure 0007024580000001
Figure 0007024580000001

要素の数がn個の全体集合N={1,2,・・・,n}の部分集合の集合(集合族)C={m1,・・・,mj,・・・,mk}(mj⊆N)の要素mjのコストをcjとする。i行j列の行列Aにおいて、行を要素i(∈N)に、列を部分集合mj(∈C)にそれぞれ対応させると共に、要素iを鋼材とし、部分集合mjを実現可能山とする。そうすると、以下のようにして山立て問題を0-1整数計画問題として定式化することができる。 A set of subsets of a whole set N = {1,2, ..., n} with n elements (set family) C = {m 1, ..., m j , ..., m k } Let c j be the cost of the element m j of (m j ⊆ N). In the matrix A with i rows and j columns, the rows correspond to the element i (∈ N) and the columns correspond to the subset m j (∈ C), and the element i is made of steel, and the subset m j is a feasible mountain. do. Then, the mountain-building problem can be formulated as a 0-1 integer programming problem as follows.

<決定変数>
原問題P(C)の決定変数x[j]は、実現可能山mjを採用する場合に「1」、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数である。
<制約式>
原問題P(C)の制約式は、鋼材i∈Nのそれぞれについて、当該鋼材iを含む集合族(部分集合mjの集合)Mj(i)⊆Cの中から、一つの部分集合mjだけが選択されなければならないことを表す制約式であり、以下の(2)式で表される。
尚、鋼材iは、1つの鋼材であっても、1つの搬送機器(クレーン1A、1B、2A、2B)で搬送することができる鋼材の纏まり(搬送ロット)であってもよい。搬送ロットを決定する方法は、例えば、特許文献3に記載されているので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
<Coefficient of determination>
The coefficient of determination x [j] of the original problem P (C) is a 0-1 variable that is "1" when the feasible mountain m j is adopted, and "0 (zero)" when it is not adopted.
<Constraint expression>
The constraint equation of the original problem P (C) is that for each of the steel materials i ∈ N, one subset m from the family of sets (set of subsets m j ) M j (i) ⊆ C including the steel material i. It is a constraint expression indicating that only j must be selected, and is expressed by the following equation (2).
The steel material i may be a single steel material or a group of steel materials (transport lot) that can be transported by one transport device (crane 1A, 1B, 2A, 2B). Since a method for determining a transport lot is described in, for example, Patent Document 3, detailed description thereof will be omitted here.

Figure 0007024580000002
Figure 0007024580000002

ここで、行列Aの要素aij(i行j列の要素)を、実現可能山mjが鋼材iを含む場合にaij=1、含まない場合にaij=0と定義する。この場合、行列Aの或る列jにおいて、「1」の値を持つ行に対応する鋼材iが、当該列jに対応する実現可能山を構成する鋼材であり、当該列jにおいて、「0(ゼロ)」の値を持つ行に対応する鋼材iは、当該列jに対応する実現可能山を構成しない。このようにして行列Aの要素aijを定義すると、(2)式は、行列Aにより、以下の(2-1)式のように表記できる。ここで、(2-1)式の右辺は、全ての要素が「1」となるベクトルである。尚、各数式において、太字で示すものはベクトルを表す。 Here, the element a ij (element of i row j column) of the matrix A is defined as a ij = 1 when the feasible peak m j includes the steel material i, and a ij = 0 when it does not include the steel material i. In this case, in a certain column j of the matrix A, the steel material i corresponding to the row having the value of "1" is the steel material constituting the feasible mountain corresponding to the column j, and in the column j, "0". The steel material i corresponding to the row having the value of "(zero)" does not constitute the feasible mountain corresponding to the column j. When the element a ij of the matrix A is defined in this way, the equation (2) can be expressed by the matrix A as the following equation (2-1). Here, the right side of the equation (2-1) is a vector in which all the elements are "1". In each formula, those shown in bold represent vectors.

Figure 0007024580000003
Figure 0007024580000003

<目的関数>
原問題P(C)の目的関数は、列コストcjの総和が最小になるように実現可能山mjを選択することを目的とする関数であり、以下の(3)式で表される。
<Objective function>
The objective function of the original problem P (C) is a function whose purpose is to select the feasible mountain m j so that the sum of the column costs c j is minimized, and is expressed by the following equation (3). ..

Figure 0007024580000004
Figure 0007024580000004

列コストcjは、実現可能山mjを原問題P(C)の最適解として選択するか否かを判断するための評価値であり、実現可能山mjに対する鋼材iの山立てを評価する1つまたは複数の評価指標に基づいて定められる。(3)式をベクトル表記すると、以下の(3-1)式のようになる。 The column cost c j is an evaluation value for determining whether or not to select the feasible mountain m j as the optimum solution of the original problem P (C), and evaluates the pile of steel material i for the feasible mountain m j . It is determined based on one or more evaluation indicators. When the equation (3) is expressed in vector, it becomes the following equation (3-1).

Figure 0007024580000005
Figure 0007024580000005

本実施形態では、実現可能山(払出山)の山数c1jと、仮置き数c2jに対しそれぞれ重み係数k1、k2を掛けたものが列コストcjとなる(仮置き数の詳細については後述する)。そうすると、原問題Pの目的関数は、以下の(4)式で表される。尚、実現可能山mj(mj∈C)の列コストcjと、山数c1jおよび仮置き数c2jとの関係は、以下の(4-1)式のようになる。 In the present embodiment, the column cost c j is obtained by multiplying the number c 1j of the feasible peaks (payout peaks) and the temporary placement number c 2 j by the weight coefficients k 1 and k 2 , respectively. Details will be described later). Then, the objective function of the original problem P is expressed by the following equation (4). The relationship between the column cost c j of the feasible mountain m j (m j ∈ C) and the mountain number c 1j and the temporary placement number c 2j is as shown in the following equation (4-1).

Figure 0007024580000006
Figure 0007024580000006

ここで、「1」の値を有する決定変数x[j]の数が総山数になるので、何れの実現可能山mjにおいても山数c1jの値は「1」になる。よって、(4)式では、山数c1jを評価する項(右辺第1項)を、その他のコストである仮置き数c2jを評価する項(右辺第2項)と分離して表記している。k1、k2は、重み係数であり、各評価指標(山数c1j、仮置き数c2j)のバランスをとるためのものである。重み係数k1、k2により、各評価指標(山数c1j、仮置き数c2j)の相対的な重みを決定することができる。例えば、山数c1jを仮置き数c2jよりも重要な評価指標(優先して評価する評価指標)とする場合には、山数c1jに対する重み係数k1の値を大きくすることと、仮置き数c2jに対する重み係数k2の値を小さくすることとの少なくとも何れか一方を採用する。以上のように本実施形態では、山数c1jを評価する項と、仮置き数c2jを評価する項との重み付き線形和で原問題P(C)の目的関数を表す場合を例に挙げる。 Here, since the number of the determinants x [j] having the value of "1" is the total number of mountains, the value of the number of mountains c 1j is "1" in any feasible mountain m j . Therefore, in equation (4), the term for evaluating the number c 1j (the first term on the right side) is expressed separately from the term for evaluating the temporary number c 2j (the second term on the right side), which is another cost. ing. k 1 and k 2 are weighting coefficients, and are for balancing each evaluation index (mountain number c 1j , temporary placement number c 2j ). The relative weights of each evaluation index (mountain number c 1j , temporary placement number c 2j ) can be determined by the weighting coefficients k 1 and k 2 . For example, when the mountain number c 1j is used as an evaluation index (evaluation index to be evaluated with priority) more important than the temporary placement number c 2j , the value of the weighting coefficient k 1 for the mountain number c 1j should be increased. At least one of reducing the value of the weighting coefficient k 2 with respect to the temporary placement number c 2j is adopted. As described above, in this embodiment, the case where the objective function of the original problem P (C) is represented by a weighted linear sum of the term for evaluating the mountain number c 1j and the term for evaluating the temporary placement number c 2j is taken as an example. I will list it.

ここで、仮置き数について説明する。背景技術の欄で説明したように、払出山において相対的に下段に積まれる鋼材がヤードに到着するまで、先にヤードに到着した鋼材を一旦仮置き場に仮置きし、相対的に下段に積まれる鋼材がヤードに到着し山積みされてから、その鋼材の上に、仮置き場の鋼材を積む作業ができるだけ少なくなるように山立てをすることが望まれる。このような仮置き鋼材の発生数だけ搬送数が増えるので、仮置き数の削減が、直接搬送数の削減に反映される。仮置き数を計数するため、任意の鋼材の対(i1,i2)⊆N2について、同一の払出山に積むことは可能で、同一の払出山に積む際には、到着順と積み順とを入れ替える必要のある鋼材対を逆転対とし、この集合R(逆転対集合)を、以下の(4-2)式のように定義する。ここで、(i1,i2)は、鋼材i1が鋼材i2より先入り先出し鋼材(先にヤードに到着し先に次工程に払い出される鋼材)であることを意味する。 Here, the number of temporary placements will be described. As explained in the background technology section, the steel materials that arrived in the yard first are temporarily placed in the temporary storage area and then relatively piled up in the lower tier until the steel materials that are relatively piled up in the lower tier at the payout mountain arrive at the yard. After the steel materials arrive at the yard and are piled up, it is desirable to pile up the steel materials on the steel materials so that the work of stacking the steel materials in the temporary storage area is as small as possible. Since the number of transports increases by the number of such temporarily placed steel materials, the reduction in the number of temporarily placed steel materials is reflected in the reduction in the number of direct transports. In order to count the number of temporary placements, it is possible to stack any pair of steel materials (i 1 , i 2 ) ⊆ N 2 on the same payout pile, and when stacking on the same payout pile, the order of arrival and stacking. A pair of steel materials whose order needs to be exchanged is defined as a reversing pair, and this set R (reversing pair set) is defined as the following equation (4-2). Here, (i 1 , i 2 ) means that the steel material i 1 is a first-in first-out steel material (a steel material that arrives at the yard first and is delivered to the next process first) than the steel material i 2 .

Figure 0007024580000007
Figure 0007024580000007

このように逆転対とは、同一の払出山においてヤードへの到着順が早い方の鋼材i1が遅い方の鋼材i2よりも上に積まれる逆転の関係にある鋼材対をいい、その数を逆転対数と定義する。逆転対が1つあると、この例では、到着順が早い方の鋼材i1が前述した仮置きが必要な鋼材となる。仮置きを行うために1回の山繰りが発生するので、逆転対数は、仮置きの数の目安となる。尚、逆転対集合Rを抽出するには、任意の鋼材iのヤードへの到着順と、払出山での積み順(即ち、払出順)とを判定するための情報が必要となる。仮置き数は、実現可能山mjに含まれる鋼材対(i1,i2)の内、(i1,i2)∈Rに対し、同じ鋼材を二重に計数しないよう考慮して鋼材i1を計数したものとなる。例えば、実現可能山mjに含まれる鋼材対の内、Rの要素となる組が、(i1,i2),(i1,i4),(i3,i4),(i3,i5),(i2,i5)である場合、逆転対数は5であるが、仮置きとなる鋼材は、逆転対の内、鋼材i1、i3、i2の3となる。この際、この実現可能山mjに対するc2jは、仮置き数3が使わるのが一般的だが、逆転対数5を使う場合もある(後述する変形例3も参照)。本実施形態では、c2jは、仮置き数を用いる。 In this way, the reversal pair is a pair of steel materials that have a reversal relationship in which the steel material i 1 with the earliest arrival order to the yard is piled up above the steel material i 2 with the slower arrival order in the same payout mountain. Is defined as the inversion logarithm. If there is one reversal pair, in this example, the steel material i 1 with the earliest arrival order becomes the steel material that requires the above-mentioned temporary placement. The reversal logarithm is a guideline for the number of temporary placements, because one pile is generated for temporary placement. In order to extract the reversal pair set R, information for determining the order of arrival of any steel material i at the yard and the stacking order at the payout pile (that is, the payout order) is required. The number of temporary placements is the steel material in consideration of not counting the same steel material twice for (i 1 , i 2 ) ∈ R among the steel material pairs (i 1 , i 2 ) included in the feasible mountain m j . It is the count of i 1 . For example, among the pairs of steel materials included in the feasible mountain mj, the set that is the element of R is ( i 1 , i 2 ), (i 1 , i 4 ), (i 3 , i 4 ), (i 3 ). , I 5 ), (i 2 , i 5 ), the reversal logarithm is 5, but the steel materials to be temporarily placed are 3 of the reversal pairs, steel materials i 1 , i 3 , and i 2 . At this time, the temporary placement number 3 is generally used for c 2j for this feasible mountain m j , but the inversion logarithm 5 may also be used (see also the modification 3 described later). In this embodiment, c 2j uses a temporary placement number.

以上のように本実施形態では、(2)式の制約式を満足する範囲で(4)式の目的関数Jの値を最小にする決定変数x[j]を求める問題を原問題P(C)とする。特許文献1に記載の技術では、山分け計画の対象となる鋼材iの全体集合Nから、全ての実現可能山mjを生成し、これらを実現可能山mjの集合Cとして、原問題P(C)を解く。これに対し、本実施形態では、後述するように列生成法を用いて、山分け計画の対象となる鋼材iの全体集合Nから、必要な分だけ実現可能山mjを生成し、これらを実現可能山mjの集合Cとして、原問題P(C)を解く。従って、本実施形態では、(通常は)実現可能山mjの集合Cに全ての実現可能山mjは含まれず、最適な実現可能山mjを得るために必要な実現可能山mjの候補だけを列生成法により生成する。 As described above, in the present embodiment, the problem of finding the decision variable x [j] that minimizes the value of the objective function J of the equation (4) within the range that satisfies the constraint equation of the equation (2) is solved as the original problem P (C). ). In the technique described in Patent Document 1, all feasible peaks m j are generated from the entire set N of steel materials i that is the target of the mountain division plan, and these are set as the set C of feasible peaks m j , and the original problem P ( Solve C). On the other hand, in the present embodiment, as will be described later, a column generation method is used to generate a feasible mountain m j as much as necessary from the total set N of the steel materials i that is the target of the mountain division plan, and realize these. Solve the original problem P (C) as a set C of possible mountains m j . Therefore, in this embodiment, (usually) the set C of the feasible mountains m j does not include all the feasible mountains m j , and the feasible mountains m j required to obtain the optimum feasible mountains m j . Only candidates are generated by the column generation method.

尚、本実施形態では、列コストcjが、山数c1jと仮置き数c2jである場合を例に挙げて説明する。しかしながら、列コストcjは、鋼材iの山立て(実現可能山mj)を評価する評価指標であれば、山数や仮置き数あるいは逆転対数に限定されない。例えば、ヤード受入れ時・次工程への払出時の鋼材iの放熱量を列コストcjに更に含めてもよい。 In this embodiment, the case where the column cost c j is the number of peaks c 1j and the number of temporary placements c 2j will be described as an example. However, the column cost c j is not limited to the number of piles, the number of temporary placements, or the reversal logarithm as long as it is an evaluation index for evaluating the pile (realizable pile m j ) of the steel material i. For example, the heat dissipation amount of the steel material i at the time of receiving the yard and at the time of paying out to the next process may be further included in the column cost c j .

(鋼材の山分け計画作成装置100)
次に、鋼材の山分け計画作成装置の一例について説明する。図1は、鋼材の山分け計画作成装置100の機能的な構成の一例を示す図である。鋼材の山分け計画作成装置100のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを備える情報処理装置や、専用のハードウェアを用いることにより実現される。
(Steel material pile division plan creation device 100)
Next, an example of a pile division plan making device for steel materials will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of a steel material pile division plan creating device 100. The hardware of the steel material pile division plan creating device 100 is realized by using, for example, an information processing device having a CPU, ROM, RAM, HDD, various interfaces, and dedicated hardware.

図1に示すように、鋼材の山分け計画作成装置100は、鋼材情報取得部110と、前処理部120と、本処理部130と、出力部140とを有する。
((鋼材情報取得部110))
鋼材情報取得部110は、山分け計画の作成対象となる鋼材i∈Nのそれぞれの情報を取得する。以下の説明では、この情報を必要に応じて鋼材情報と称する。鋼材情報には、例えば、鋼材のID(識別情報)と、当該鋼材のサイズ(幅、長さ)と、当該鋼材のヤードへの到着順と、当該鋼材の次工程への払出順とが含まれる。尚、到着順および払出順は、鋼材情報に含まれる鋼材の中での相対的な順序である。
As shown in FIG. 1, the steel material mountain division plan creating device 100 includes a steel material information acquisition unit 110, a pretreatment unit 120, a main processing unit 130, and an output unit 140.
((Steel material information acquisition unit 110))
The steel material information acquisition unit 110 acquires information on each of the steel materials i ∈ N for which the mountain division plan is created. In the following description, this information will be referred to as steel material information as necessary. The steel material information includes, for example, the ID (identification information) of the steel material, the size (width, length) of the steel material, the order of arrival of the steel material in the yard, and the order of delivery of the steel material to the next process. Is done. The arrival order and the payout order are relative orders in the steel materials included in the steel material information.

鋼材情報取得部110は、例えば、鋼材管理装置から鋼材情報を取得する。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、鋼材情報取得部110は、鋼材の山分け計画作成装置100のユーザインターフェースに対するユーザの操作により入力された鋼材情報を取得してもよい。鋼材情報取得部110は、例えば、CPU、ROM、RAM、および通信インターフェース(またはユーザインターフェース)を用いることにより実現される。 The steel material information acquisition unit 110 acquires steel material information from, for example, a steel material management device. However, this is not always necessary, and the steel material information acquisition unit 110 may acquire the steel material information input by the user's operation on the user interface of the steel material pile division plan creating device 100. The steel material information acquisition unit 110 is realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and a communication interface (or user interface).

((前処理部120))
前処理部120では、原問題Pである0-1整数計画問題として定式化された集合分割問題(原問題P(C))の線形緩和問題を主問題とした場合の双対問題D(C)を、列生成法を用いて解く。そこで、まず、列生成法の概要を説明する。
<<双対問題の最適解の導出>>
列生成法では、原問題P(C)(集合分割問題)の最適解の候補となる実現可能山mjの集合Cの初期値に基づいて、当該原問題P(C)の線形緩和問題を主問題とした場合の双対問題D(C)の最適解を導出する(以下の説明では、この双対問題D(C)の最適解を必要に応じて双対解と称する)。
<<列生成子問題の最適解の導出>>
そして、当該双対解を使って列生成子問題Sの最適解を導出して、原問題P(C)の最適解の候補となる実現可能山mjを生成する。
<<収束要件の判定>>
そして、生成した実現可能山mjが収束要件を満足するか否かを判定する。ここでの収束要件とは、生成した実現可能山mjに対する前記列コストcjと当該実現可能山mjに含まれる鋼材に対する後述の双対変数の値の総和(以下、必要に応じて双対コストと称する)とを比較し、双対コストが列コストcjを超える、或いは生成した実現可能山mjが既に実現可能山mjの集合Cに含まれておれば収束と判定するものである。
((Pretreatment unit 120))
In the preprocessing unit 120, the dual problem D (C) when the linear relaxation problem of the set partitioning problem (original problem P (C)) formulated as the 0-1 integer programming problem which is the original problem P is the main problem. Is solved using the column generation method. Therefore, first, the outline of the column generation method will be described.
<< Derivation of the optimal solution for the dual problem >>
In the column generation method, the linear relaxation problem of the original problem P (C) is solved based on the initial value of the set C of the feasible mountain m j which is a candidate for the optimum solution of the original problem P (C) (partition of a set problem). The optimum solution of the dual problem D (C) is derived when the main problem is used (in the following description, the optimum solution of the dual problem D (C) is referred to as a dual solution as necessary).
<< Derivation of the optimal solution for the column generator problem >>
Then, the optimum solution of the column generator problem S is derived using the dual solution, and a feasible mountain m j that is a candidate for the optimum solution of the original problem P (C) is generated.
<< Judgment of convergence requirements >>
Then, it is determined whether or not the generated feasible mountain m j satisfies the convergence requirement. The convergence requirement here is the sum of the column cost c j for the generated feasible mountain m j and the values of the dual variables described later for the steel material included in the feasible mountain m j (hereinafter, if necessary, the dual cost). If the dual cost exceeds the column cost c j or the generated feasible mountain m j is already included in the set C of the feasible mountain m j , it is determined to be convergent.

<<列の追加>>
この判定の結果、実現可能山mjが収束要件を満足しない場合には、生成した実現可能山mjを実現可能山mjの集合Cに追加し、前記<<双対問題の最適解の導出>>に戻る。収束要件を満足する場合には、繰り返し処理を終了し、前処理が終了する。
尚、列生成法と総称される技術には幾つかの異なる手法があり、以上の手法はその一つであるが、当該列生成法自体は、非特許文献1に記載されているように公知の技術である。
<< Add column >>
As a result of this determination, if the feasible mountain m j does not satisfy the convergence requirement, the generated feasible mountain m j is added to the set C of the feasible mountain m j , and the optimum solution of the above << dual problem is derived. Return to >>. When the convergence requirement is satisfied, the iterative processing is terminated and the preprocessing is terminated.
There are several different techniques collectively referred to as column generation methods, and the above method is one of them, but the column generation method itself is known as described in Non-Patent Document 1. Technology.

以下、前処理部120が有する機能の一例を説明する。
<初期列集合設定部121>
初期列集合設定部121は、山分け計画の作成対象となる鋼材iの全体集合N={1,2,・・・,i,・・・,n}、即ち、鋼材情報に含まれる鋼材iから、実現可能山mjの集合Cの初期値を設定する。このとき、初期列集合設定部121は、鋼材情報に含まれる鋼材iを重複なく且つ漏れなく含み、更に、後述する上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足するように、実現可能山mjの集合Cの初期値を設定する。その一例として、本実施形態では、初期列集合設定部121は、以下の(5)式のように、それぞれの実現可能山mjが、相互に異なる任意の1つの鋼材iのみを要素として持つように、実現可能山mjの集合Cの初期値を設定する。
Hereinafter, an example of the function of the preprocessing unit 120 will be described.
<Initial column set setting unit 121>
The initial column set setting unit 121 is from the entire set N = {1,2, ..., i, ..., n} of the steel material i for which the mountain division plan is created, that is, from the steel material i included in the steel material information. , Set the initial value of the set C of the feasible mountain m j . At this time, the initial column set setting unit 121 includes the steel material i included in the steel material information without duplication and omission, and further, a loading prohibition constraint (see the equation (17)) and a mountain height constraint ((18)) described later. The initial value of the set C of the feasible mountain m j is set so as to satisfy (see the equation). As an example, in the present embodiment, in the initial column set setting unit 121, as shown in the following equation (5), each feasible mountain m j has only one arbitrary steel material i that is different from each other as an element. As described above, the initial value of the set C of the feasible mountain m j is set.

Figure 0007024580000008
Figure 0007024580000008

例えば、ユーザは、鋼材の山分け計画作成装置100のユーザインターフェースを操作することにより、実現可能山mjの集合Cの初期値の情報を入力し、初期列集合設定部121が、鋼材の山分け計画作成装置100内の記憶媒体に当該情報を記憶することにより、実現可能山mjの集合Cの初期値を設定することができる。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば、初期列集合設定部121は、予め定められたロジックにより、実現可能山mjの集合Cの初期値を導出してもよい。初期列集合設定部121は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびユーザインターフェースを用いることにより実現される。 For example, the user inputs the information of the initial value of the set C of the feasible mountain m j by operating the user interface of the steel material mountain division plan creation device 100, and the initial column set setting unit 121 performs the steel material mountain division plan. By storing the information in the storage medium in the creating device 100, the initial value of the set C of the feasible peaks m j can be set. However, this is not always necessary, and for example, the initial column set setting unit 121 may derive the initial value of the set C of the feasible mountain m j by a predetermined logic. The initial column set setting unit 121 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and a user interface.

<双対解導出部122>
双対解導出部122は、前述した原問題P(C)(集合分割問題)の線形緩和問題を主問題とした場合の双対問題D(C)の最適解である双対解を導出する。原問題P(C)自体は0-1整数計画問題であるが、双対問題D(C)は線形緩和問題(線形計画問題)になる。0-1整数計画問題である原問題P(C)の線形緩和問題を主問題とした場合の双対問題D(C)は、主問題と双対問題との関係から、以下のように定式化できる。
<Dual solution derivation unit 122>
The dual solution derivation unit 122 derives a dual solution which is the optimum solution of the dual problem D (C) when the linear relaxation problem of the above-mentioned original problem P (C) (partition of a set problem) is used as the main problem. The original problem P (C) itself is a 0-1 integer programming problem, but the dual problem D (C) is a linear relaxation problem (linear programming problem). The dual problem D (C) when the linear relaxation problem of the original problem P (C), which is a 0-1 integer programming problem, is the main problem, can be formulated as follows from the relationship between the main problem and the dual problem. ..

原問題P(C)は最小化問題なので、(3-1)式に示す目的関数Jの最適な下限値を求める問題を考察することにより双対問題Dが得られる。そこで、以下の(6)式を満足する変数pTを考える(pTはベクトルである)。 Since the original problem P (C) is a minimization problem, the dual problem D can be obtained by considering the problem of finding the optimum lower limit value of the objective function J shown in the equation (3-1). Therefore, consider a variable p T that satisfies the following equation (6) (p T is a vector).

Figure 0007024580000009
Figure 0007024580000009

(6)式の両辺にx(≧0)を右から掛けると、以下の(7)式が成り立つ((3-1)式に示したようにxはベクトルである)。 When x (≧ 0) is multiplied from the right on both sides of the equation (6), the following equation (7) holds (x is a vector as shown in the equation (3-1)).

Figure 0007024580000010
Figure 0007024580000010

つまり(7)式の左辺(=pTAx)が原問題P(C)の目的関数Jの下限となる。原問題P(C)の目的関数Jのより良い下限値を与えるには、(6)式(=pTA≦c)の条件下で、(7)式の左辺(=pTAx)を最大化する問題を考えればよい。ここで、原問題P(C)の制約式である(2-1)式より、以下の(8)式が成り立つ。 That is, the left side (= p T Ax) of Eq. (7) is the lower limit of the objective function J of the original problem P (C). In order to give a better lower limit value of the objective function J of the original problem P (C), the left side (= pTAx ) of the equation (7) is set under the condition of the equation (6) (= pTA≤c ). Consider the problem of maximizing. Here, the following equation (8) holds from the constraint equation (2-1) of the original problem P (C).

Figure 0007024580000011
Figure 0007024580000011

従って、以下のようにして双対問題D(C)が定式化される。尚、集合分割問題の線形緩和問題を主問題とする双対問題自体は、非特許文献1に記載されているように公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。 Therefore, the dual problem D (C) is formulated as follows. Since the dual problem itself, whose main problem is the linear relaxation problem of the partition of a set problem, can be realized by a known technique as described in Non-Patent Document 1, detailed description thereof will be omitted here.

[決定変数]
本実施形態では、双対変数p[i]を双対問題D(C)の決定変数とする。
双対変数p[i]は、鋼材i毎に定められる連続変数(-∞<p[i]<∞)である。双対変数p[i]の数は、n個(鋼材情報に含まれる鋼材iの数)である。
[Coefficient of determination]
In this embodiment, the dual variable p [i] is used as the determinant of the dual problem D (C).
The dual variable p [i] is a continuous variable (−∞ <p [i] <∞) determined for each steel material i. The number of dual variables p [i] is n (the number of steel materials i included in the steel material information).

[制約式]
双対問題D(C)の制約式は、前述した(6)式で表される。ここで、行列Aは、双対解導出部122の計算の際に生成されている実現可能山mjの集合Cに対応する。双対解導出部122の最初の計算においては、行列Aは、初期列集合設定部121により設定された実現可能山mjの集合Cの初期値に対応する。
(6)式を要素毎に表記すると、双対問題D(C)の制約式は、以下の(9)式で表される。尚、(9)式の左辺(Σp[i]・mj[i](=Pj))は前述の「双対コスト」と同じものである。(9)式に示すように、双対コストPjは、鋼材iに対する双対変数p[i]の値と、行列Aの列jの値であって、該鋼材iに対応する行iにおける値(「0(ゼロ)」または「1」)との積の、鋼材情報に含まれる鋼材iについての総和で表される。
[Constraint expression]
The constraint equation of the dual problem D (C) is expressed by the above-mentioned equation (6). Here, the matrix A corresponds to the set C of the feasible peaks m j generated during the calculation of the dual solution derivation unit 122. In the first calculation of the dual solution derivation unit 122, the matrix A corresponds to the initial value of the set C of the feasible peak m j set by the initial column set setting unit 121.
When the equation (6) is expressed for each element, the constraint equation of the dual problem D (C) is expressed by the following equation (9). The left side (Σp [i] · m j [i] (= P j )) of the equation (9) is the same as the above-mentioned “dual cost”. As shown in the equation (9), the dual cost P j is the value of the dual variable p [i] with respect to the steel material i and the value in the column j of the matrix A, and the value in the row i corresponding to the steel material i ( It is represented by the sum of the products of "0 (zero)" or "1") for the steel material i included in the steel material information.

Figure 0007024580000012
Figure 0007024580000012

(9)式において、mj[i]は、行列Aのj列そのものであり、j列に対応する実現可能山mjが鋼材iを含めば「1」、そうでなければ「0(ゼロ)」となる0-1変数である。従って、(9)式の制約式の数は、双対解導出部122の計算の際に生成されている実現可能山mj(列)の数(即ち、実現可能山mjの集合Cの要素数)となる。 In equation (9), m j [i] is the j column itself of the matrix A, and if the feasible mountain m j corresponding to the j column is the steel material i, it is "1", otherwise it is "0 (zero)". ) ”, Which is a 0-1 variable. Therefore, the number of the constraint equations in Eq. (9) is the number of feasible peaks m j (columns) generated during the calculation of the dual solution derivation unit 122 (that is, the elements of the set C of the feasible peaks m j ). Number).

[目的関数]
(6)式の条件下では、(7)式および(8)式より以下の(10)式が成り立つので、(8)式のΣp[i]は、cxの下限値となる((3-1)式に示したようにc、xはベクトルである)。できるだけ大きいΣp[i]を求めれば、原問題P(C)の目的関数Jのより良い下限値が得られることになる。従って、双対問題D(C)の目的関数Jは最大化問題となり、以下の(11)式のようになる。
[Objective function]
Under the conditions of Eq. (6), the following Eq. (10) holds from Eqs. (7) and (8), so Σp [i] of Eq. (8) is the lower limit of cx ((3-3-). 1) As shown in the equation, c and x are vectors). If Σp [i] is obtained as large as possible, a better lower limit value of the objective function J of the original problem P (C) can be obtained. Therefore, the objective function J of the dual problem D (C) becomes a maximization problem, and is as shown in the following equation (11).

Figure 0007024580000013
Figure 0007024580000013

以上のように本実施形態では、(9)式の制約式を満足する範囲で(11)式の目的関数Jの値を最大にする双対変数p[i]を求める問題を双対問題D(C)とする。従って、双対解導出部122は、例えば、CPLEX(登録商標)等の公知のソルバーを用いて線形計画法による最適化計算を行うことにより、(9)式の制約式を満足する範囲で(11)式の目的関数Jの値を最大にする双対変数p[i]を、双対問題Dの最適解として導出する。
双対解導出部122は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
As described above, in the present embodiment, the problem of finding the dual variable p [i] that maximizes the value of the objective function J of the equation (11) within the range satisfying the constraint equation of the equation (9) is solved by the dual problem D (C). ). Therefore, the dual solution derivation unit 122 performs an optimization calculation by a linear programming method using a known solver such as CPLEX (registered trademark), for example, to the extent that the constraint equation of Eq. (9) is satisfied (11). ) The dual variable p [i] that maximizes the value of the objective function J of the equation is derived as the optimum solution of the dual problem D.
The dual solution derivation unit 122 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<列生成部123>
列生成部123は、列生成子問題Sを解くことにより、原問題Pの最適解の候補、即ち、実現可能山mjの集合Cに追加される実現可能山mjの候補を導出する。前述したように行列Aの列jが実現可能山mjに対応するので、列生成部123は、行列Aに追加される列jの要素を導出することになる。
<Column generator 123>
By solving the column generator problem S, the column generator 123 derives a candidate for the optimum solution of the original problem P, that is, a candidate for the feasible mountain m j to be added to the set C of the feasible mountain m j . Since the column j of the matrix A corresponds to the feasible mountain m j as described above, the column generation unit 123 derives the elements of the column j added to the matrix A.

本実施形態において列生成子問題Sは、山積み制約を満たす範囲で、実現可能山mjの列コストcjから当該実現可能山mjに対する双対コストPj(=Σp[i]・mj[i])を減算した値(以下の(12)式を参照)が最小となる実現可能山mjを求める問題である。 In the present embodiment, the column generator problem S has a dual cost P j (= Σp [i] · m j [= from the column cost c j of the feasible mountain m j to the feasible mountain m j . The problem is to find the feasible peak m j that minimizes the value obtained by subtracting i]) (see equation (12) below).

Figure 0007024580000014
Figure 0007024580000014

[決定変数]
本実施形態では、山構成鋼材有無変数mj[i]と鋼材上下関係変数y[i1][i2]と仮置き有無変数t[i]とを列生成子問題Sの決定変数とする。
山構成鋼材有無変数mj[i]は、(9)式に示すmj[i]と同じ変数である。山構成鋼材有無変数mj[i]は、鋼材i毎に定められ、実現可能山mjに鋼材iが含まれる場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数である。
鋼材上下関係変数y[i1][i2]は、同一の実現可能山mj(払出山)において、鋼材i1を相対的に上に配置し、鋼材i2を相対的に下に配置する場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数である。
仮置き有無変数t[i]は、鋼材iを仮置きする場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数である。
[Coefficient of determination]
In the present embodiment, the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i], the steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and the temporary placement presence / absence variable t [i] are used as the decision variables of the column generator problem S. ..
The variable for presence / absence of mountain constituent steel material m j [i] is the same variable as m j [i] shown in Eq. (9). The mountain composition steel material presence / absence variable m j [i] is determined for each steel material i, and is "1" when the feasible pile m j includes the steel material i, and "0 (zero)" when it is not. -1 variable.
In the steel material vertical relation variables y [i 1 ] and [i 2 ], the steel material i 1 is placed relatively above and the steel material i 2 is placed relatively below in the same feasible pile m j (payout pile). It is a 0-1 variable that becomes "1" when it is used, and "0 (zero)" when it is not.
The temporary placement variable t [i] is a 0-1 variable that becomes "1" when the steel material i is temporarily placed, and becomes "0 (zero)" when the steel material i is not placed.

[制約式]
本実施形態では、鋼材上下関係変数定義制約式、仮置き変数定義制約式、上載せ禁止制約式、および山高さ制約式を列生成子問題Sの制約式とする。
鋼材上下関係変数定義制約式は、鋼材上下関係変数y[i1][i2]を定義するための制約式であり、以下の(13)式~(15)式で表される。
[Constraint expression]
In the present embodiment, the steel material vertical relation variable definition constraint formula, the temporary placement variable definition constraint formula, the loading prohibition constraint formula, and the mountain height constraint formula are used as the constraint formulas of the column generator problem S.
The steel material vertical relation variable definition constraint formula is a constraint formula for defining the steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and is represented by the following equations (13) to (15).

Figure 0007024580000015
Figure 0007024580000015

仮置き変数定義制約式は、仮置き有無変数t[i]を、鋼材上下関係変数y[i1][i2]を用いて定義するための制約式であり、以下の(16)式で表される。 The temporary placement variable definition constraint formula is a constraint formula for defining the temporary placement presence / absence variable t [i] using the steel material vertical relation variables y [i 1 ] [i 2 ], and is the following formula (16). expressed.

Figure 0007024580000016
Figure 0007024580000016

ここで、Rは、(4-2)式で定義した逆転対集合である。前述したように鋼材上下関係変数y[i1][i2]は、同一の実現可能山mj(払出山)において、鋼材i1を相対的に上に配置し、鋼材i2を相対的に下に配置する場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数である。例えば、同一の山に鋼材iA、iB、iCが配置され、(iA,iB),(iA,iC)∈Rの場合、y[iA][iB]=1,y[iA][iC]=1となるので、(16)式より、t[iA]=1となる。 Here, R is an inversion pair set defined by Eq. (4-2). As described above, the steel material vertical relation variables y [i 1 ] [i 2 ] place the steel material i 1 relatively above and the steel material i 2 relative to each other in the same feasible pile m j (payout pile). It is a 0-1 variable that becomes "1" when it is placed below, and becomes "0 (zero)" when it is not. For example, when steel materials i A , i B , and i C are arranged on the same pile and (i A , i B ), (i A , i C ) ∈ R, y [i A ] [i B ] = 1 , Y [i A ] [i C ] = 1, so from equation (16), t [i A ] = 1.

逆転対数は、仮置きの数の目安となるが、これらは厳密には対応しない。例えば、同一の山に配置される鋼材iA、iB、iCの払出順が「1」、「2」、「3」(iA→iB→iC)であり、ヤードへの到着順が「1」、「3」、「2」(iA→iC→iB)であるとする。この場合、逆転対は(iA,iB)、(iA,iC)の2つ(逆転対数は「2」)になる。一方、この場合には鋼材iAだけを仮置きすればよいので、仮置き数は「1」になる。このように、逆転対数が仮置き数を上回ることがあり、逆転対数では、仮置き数を厳密に評価することができない場合がある。そこで、本実施形態では、仮置き数を厳密に評価するために、仮置き有無変数t[i]を用いる。 The inversion logarithm is a guideline for the number of temporary placements, but they do not correspond strictly. For example, the payout order of steel materials i A , i B , and i C placed on the same pile is "1", "2", and "3" (i A → i B → i C ), and they arrive at the yard. It is assumed that the order is "1", "3", and "2" (i A → i C → i B ). In this case, there are two reversal pairs (i A , i B ) and (i A , i C ) (the reversal logarithm is "2"). On the other hand, in this case, since only the steel material iA needs to be temporarily placed, the number of temporary placements is "1". In this way, the reverse logarithm may exceed the temporary placement number, and the reverse logarithm may not be able to strictly evaluate the temporary placement number. Therefore, in the present embodiment, the temporary placement variable t [i] is used in order to strictly evaluate the temporary placement number.

上載せ禁止制約式は、山積み制約の一例であり、同一の実現可能山mj(払出山)において、鋼材iの上に配置することができない鋼材を規定する制約式である。同一の実現可能山mj(払出山)において鋼材iの上に配置することができない鋼材の集合をU(i)-とし、その要素をiUとすると、上載せ禁止制約式は、以下の(17)式で表される。尚、U(i)-は、(17)式において、U(i)の上に-を引いたもの(同一の実現可能山mj(払出山)において鋼材iの上に配置することができない鋼材の集合)である。以下の説明では、同一の実現可能山mj(払出山)において鋼材iの上に配置することができない鋼材の集合を必要に応じて上載せ禁止集合と称する。 The loading prohibition constraint formula is an example of a stacking constraint, and is a constraint formula that defines a steel material that cannot be placed on the steel material i in the same feasible pile m j (payout pile). Assuming that the set of steel materials that cannot be placed on the steel material i in the same feasible mountain m j (payout mountain) is U (i)-and the element is i U , the loading prohibition constraint equation is as follows. It is expressed by the equation (17). It should be noted that U (i)-cannot be placed on the steel material i in the equation (17), which is obtained by subtracting-on U (i) (the same feasible mountain m j (payout mountain)). A set of steel materials). In the following description, a set of steel materials that cannot be placed on the steel material i in the same feasible pile m j (payout pile) is referred to as a no-loading set as necessary.

Figure 0007024580000017
Figure 0007024580000017

上載せ禁止集合U(i)-は、ヤード管理方法等に応じて定めることができるが、例えば、以下のようにして定めることができる。ヤードにおける山立てでは、鋼材iの次工程への払い出しをスムーズに行うために、同一の実現可能山mj(払出山)において払出順が早い鋼材iであるほど上に積まれる必要がある。また、実現可能山mj(払出山)の積姿を安定にするために、極端な逆ピラミッド形状になるように山積みすることを避ける必要がある。即ち、同一の実現可能山mj(払出山)において相対的に上に配置される鋼材iの幅・長さから、相対的に下に積まれる鋼材iの幅・長さを減算した値が、規定値よりも大きくならないようにする必要がある。これらの要件により、同一の実現可能山mj(払出山)において鋼材iの上に他の鋼材を配置することができるか否かが一意に定められる。列生成部123は、鋼材情報に含まれる鋼材のサイズおよび払出順に基づいて、鋼材情報に含まれるそれぞれの鋼材iについて、これらの要件を満たさない鋼材の集合を上載せ禁止集合U(i)-として導出する。 The overload prohibited set U (i)-can be determined according to the yard management method and the like, and can be determined, for example, as follows. In the pile up in the yard, in order to smoothly pay out the steel material i to the next process, it is necessary to pile up the steel material i in the same feasible pile m j (payout pile) in the earlier payout order. In addition, in order to stabilize the stacking shape of the feasible mountain m j (payout mountain), it is necessary to avoid stacking in an extremely inverted pyramid shape. That is, the value obtained by subtracting the width / length of the steel material i relatively piled up from the width / length of the steel material i placed relatively above in the same feasible mountain m j (payout mountain) is obtained. , It is necessary not to exceed the specified value. These requirements uniquely determine whether or not another steel material can be placed on the steel material i in the same feasible pile m j (payout pile). The column generation unit 123 puts a set of steel materials that do not meet these requirements for each steel material i included in the steel material information based on the size and the payout order of the steel materials included in the steel material information. Derived as.

山高さ制約式は、山積み制約の一例であり、一つの実現可能山mj(払出山)の高さの最大値を規定する制約式であり、以下の(18)式で表される。 The mountain height constraint formula is an example of a pile constraint, and is a constraint formula that defines the maximum value of the height of one feasible mountain m j (payout mountain), and is expressed by the following formula (18).

Figure 0007024580000018
Figure 0007024580000018

(18)式において、nmb[i]は、鋼材iの数である。前述したように本実施形態では、鋼材iは、1つの鋼材であっても、1つの搬送機器(クレーン1A、1B、2A、2B)で搬送することができる鋼材の纏まり(複数の鋼材)であってもよい。1つの搬送機器(クレーン1A、1B、2A、2B)が2以上の鋼材を搬送することができず、鋼材iを1つ1つの鋼材に対応させる場合、(18)式においてnmb[i]は、「1」になる。また、山積上限数(一つの実現可能山mj(払出山)に積むことができる鋼材の上限数)をhmaxとする。ただし、山高さ制約式は、必ずしも(18)式のようにする必要はない。例えば、各鋼材iの厚みが異なる場合には、以下のようにすればよい。まず、鋼材情報に、鋼材iの厚みを含め、当該鋼材iに対する山構成鋼材有無変数mj[i]に、当該鋼材iの厚みを掛けたものの、鋼材情報に含まれる全ての鋼材iについての和が、一つの実現可能山mj(払出山)の高さの最大値以下であることを示す山高さ制約式を用いてもよい。 In the equation (18), nmb [i] is the number of steel materials i. As described above, in the present embodiment, the steel material i is a group of steel materials (multiple steel materials) that can be transported by one transport device (crane 1A, 1B, 2A, 2B) even if it is one steel material. There may be. When one transport device (crane 1A, 1B, 2A, 2B) cannot transport two or more steel materials and the steel material i corresponds to each steel material, nmb [i] in the formula (18) is , Becomes "1". Further, let h max be the maximum number of piles (the maximum number of steel materials that can be piled up in one feasible pile m j (payout pile)). However, the mountain height constraint equation does not necessarily have to be the equation (18). For example, when the thickness of each steel material i is different, the following may be performed. First, the thickness of the steel material i is included in the steel material information, and the mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i] for the steel material i is multiplied by the thickness of the steel material i, but all the steel materials i included in the steel material information A mountain height constraint equation may be used to indicate that the sum is less than or equal to the maximum value of the height of one feasible mountain m j (payout mountain).

[目的関数]
主問題と双対問題の関係(弱双対定理)から、本来は、主問題の目的関数の値は、主問題が最小化問題の場合、双対問題の目的関数の値以上になる。本実施形態では、主問題の目的関数は(3)式であり、双対問題の目的関数は(11)式である。従って、本来は、実現可能山mjの列コストcjは、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以上(cj≧Pj)になる。また、実現可能山mjの列コストcjと、当該実現可能山mjに対する双対コストPjとが等しい(cj=Pj)ときの主問題および双対問題の解はそれぞれ最適解となる。
[Objective function]
From the relationship between the main problem and the dual problem (weak duality theorem), the value of the objective function of the main problem is originally greater than or equal to the value of the objective function of the dual problem when the main problem is the minimization problem. In this embodiment, the objective function of the main problem is Eq. (3), and the objective function of the dual problem is Eq. (11). Therefore, originally, the column cost c j of the feasible mountain m j is equal to or greater than the dual cost P j for the feasible mountain m j (c j ≧ P j ). Further, when the column cost c j of the feasible mountain m j and the dual cost P j for the feasible mountain m j are equal (c j = P j ), the solutions of the main problem and the dual problem are the optimum solutions, respectively. ..

よって、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPjを下回る(cj<Pj)場合には、双対問題D(C)の双対解は、双対問題D(C)の最適解となっていない。即ち、この場合には、実現可能山mjの集合C(行列A)に実現可能山mjが十分に追加されていないことになる。よって、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)になるときの実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])は、原問題P(C)の最適解の候補となり、実現可能山mjの集合C(行列A)に追加される必要がある。 Therefore, if the column cost c j of the feasible mountain m j is less than the dual cost P j for the feasible mountain m j (c j <P j ), the dual solution of the dual problem D (C) is dual. It is not the optimal solution for problem D (C). That is, in this case, the feasible mountain m j is not sufficiently added to the set C (matrix A) of the feasible mountain m j . Therefore, when the column cost c j of the feasible mountain m j becomes the dual cost P j or less (c j ≤ P j ) with respect to the feasible mountain m j , the feasible mountain m j (mountain constituent steel material presence / absence variable m j ). [I]) is a candidate for the optimum solution of the original problem P (C) and needs to be added to the set C (matrix A) of the feasible mountain m j .

以上のことから本実施形態の列生成子問題Sでは、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)になる実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])を求めることを主目的とする。そこで、本実施形態では、被約費用(=cj-Pj:実現可能山mjの列コストcjから、当該実現可能山mjに対する双対コストPjを減算した値)が最小となるときの実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])を、原問題P(C)の最適解の候補として求める問題を、列生成子問題Sとする。被約費用(=cj-Pj)の最小値が「0(ゼロ)」以下(即ち、cj≦Pj)であるか否かを判定することにより、当該実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])を、実現可能山mjの集合C(行列A)に追加すべきか否かを判定することができるからである。 From the above, in the column generator problem S of the present embodiment, the column cost c j of the feasible mountain m j is feasible so that the dual cost P j or less (c j ≤ P j ) for the feasible mountain m j . The main purpose is to find the mountain m j (mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i]). Therefore, in the present embodiment, the incurred cost (= c j −P j : the value obtained by subtracting the dual cost P j for the feasible mountain m j from the column cost c j of the feasible mountain m j ) becomes the minimum. Let the column generator problem S be a problem in which the feasible mountain m j (mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i]) is obtained as a candidate for the optimum solution of the original problem P (C). The feasible mountain m j (mountain) is determined by determining whether or not the minimum value of the incurred cost (= c j −P j ) is “0 (zero)” or less (that is, c j ≦ P j ). This is because it can be determined whether or not the constituent steel material presence / absence variable m j [i]) should be added to the set C (matrix A) of the feasible peak m j .

列生成子問題Sの決定変数である山構成鋼材有無変数mj[i]により定まる実現可能山mjの列コストcjは、仮置き有無変数t[i]を用いると、(4-1)式より、以下の(19)式で表される。 The column cost c j of the feasible mountain m j determined by the mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i], which is the coefficient of determination of the column generator problem S, is (4-1) when the temporary placement / absence variable t [i] is used. ) Is expressed by the following equation (19).

Figure 0007024580000019
Figure 0007024580000019

ここで、(19)式の右辺第2項は、実現可能山mjにおける仮置き数に対応する。 Here, the second term on the right side of Eq. (19) corresponds to the number of temporary placements in the feasible mountain m j .

また、前述したように双対コストPjは、(9)式の左辺で表されるので、以下の(20)式のようになる。 Further, as described above, the dual cost P j is represented by the left side of the equation (9), so that it is as shown in the following equation (20).

Figure 0007024580000020
Figure 0007024580000020

前述したように本実施形態では、列生成子問題Sは、被約費用(=cj-Pj)が最小となるときの実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])を求める問題である。従って、列生成子問題Sの目的関数JSは、(19)式から(20)式を減算することにより得られるが、(19)式の右辺第1項は定数であるので、これを除外して表記すると、以下の(21)式のようになる。 As described above, in the present embodiment, the column generator problem S is a feasible mountain m j when the incurred cost (= c j − P j ) is minimized (mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i]). It is a problem to ask for. Therefore, the objective function J S of the column generator problem S can be obtained by subtracting the equation (20) from the equation (19), but the first term on the right side of the equation (19) is a constant, so this is excluded. When expressed as, it becomes the following equation (21).

Figure 0007024580000021
Figure 0007024580000021

以上のように、(13)式~(18)式の制約式を満足する範囲で(21)式の目的関数JSの値を最小にする決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を、列生成子問題Sの最適解として導出すればよい。
ところで、列生成子問題Sは0-1整数計画問題であり、且つ、繰り返し解かれるものである。従って、列生成子問題Sの計算時間が全体の計算時間に大きく依存することになる。そこで、列生成子問題Sの高速化を行うために、本実施形態では、以下の手法を採用する。
As described above, the decision variable that minimizes the value of the objective function J S of Eq. (21) within the range that satisfies the constraint equations of Eqs. , The steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and the temporary placement presence / absence variable t [i]) may be derived as the optimum solution of the column generator problem S.
By the way, the column generator problem S is a 0-1 integer programming problem and can be solved repeatedly. Therefore, the calculation time of the column generator problem S largely depends on the total calculation time. Therefore, in order to speed up the column generator problem S, the following method is adopted in this embodiment.

前述したように列生成子問題Sは、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)になる実現可能山mj(山構成鋼材有無変数mj[i])を求めることを主目的とする。従って、この主目的を達成していれば、必ずしも、実現可能山mjの列コストcjから、当該実現可能山mjに対する双対コストPjを減算した値(=cj-Pj)の最小値を求める必要はないと考えられる。
そこで、本実施形態では、(13)式~(18)式の制約式に、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)であるという制約式を更に追加する。即ち、以下の(22)式の制約式を追加する。
As described above, in the column generator problem S, the column cost c j of the feasible mountain m j is less than or equal to the dual cost P j for the feasible mountain m j (c j ≤ P j ). The main purpose is to find the mountain composition steel material presence / absence variable m j [i]). Therefore, if this main purpose is achieved, the value (= c j − P j ) obtained by subtracting the dual cost P j for the feasible mountain m j from the column cost c j of the feasible mountain m j is not necessarily achieved. It is considered unnecessary to find the minimum value.
Therefore, in the present embodiment, the column cost c j of the feasible mountain m j is equal to or less than the dual cost P j for the feasible mountain m j (c j ≤ P) in the constraint equations of the equations (13) to (18). Add a further constraint expression that is j ). That is, the constraint equation of the following equation (22) is added.

Figure 0007024580000022
Figure 0007024580000022

(22)式の制約式を追加する場合には、実行可能解が得られさえすればよいことにするので、実行可能解が求まり次第、計算を終了させる。
従って、本実施形態では、列生成部123は、CPLEX(登録商標)等の公知のソルバーを用いて0-1整数計画法による最適化計算を行うことにより、(13)式~(18)式、(22)式の制約式を満足する範囲で(21)式の目的関数JSの値を最小にする決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を導出する。そして、列生成部123は、導出した決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])から、(19)式および(20)式により、実現可能山mjの列コストcjと、当該実現可能山mjに対する双対コストPjとを導出する。尚、後述するように双対ギャップが残った状態で列生成子問題Sの計算を打ち切っても(22)式により、生成された列の最適性条件である被約費用(=cj-Pj)が0以下の条件は満たされる。
列生成部123は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
When adding the constraint equation of the equation (22), it is only necessary to obtain an executable solution, so the calculation is terminated as soon as the executable solution is obtained.
Therefore, in the present embodiment, the column generation unit 123 uses a known solver such as CPLEX (registered trademark) to perform optimization calculation by the 0-1 integer programming method, whereby equations (13) to (18) are used. , Determining variable that minimizes the value of the objective function J S in Eq. (21) within the range that satisfies the constraint equation in Eq . ] [I 2 ], and the temporary placement variable t [i]) is derived. Then, the column generation unit 123 is derived from the derived decision variables (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [i], steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and temporary placement presence / absence variable t [i]). From equations (19) and (20), the column cost c j of the feasible mountain m j and the dual cost P j for the feasible mountain m j are derived. As will be described later, even if the calculation of the column generator problem S is discontinued with the dual gap remaining, the reduced cost (= c j − P j ), which is the optimum condition of the generated column, is obtained by Eq. (22). ) Is 0 or less is satisfied.
The column generation unit 123 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<列判定部124>
前述したように、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)である場合には、実現可能山mjの集合C(行列A)に実現可能山mjが十分に追加されていない。そこで、列判定部124は、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下であるか否かを判定する。(22)式の制約がある場合には、実行可能解が得られておれば、被約費用(=cj-Pj)は「0(ゼロ)」以下であることになるので、実行可能解が得られたか否かが前記判定条件と一致する。
<Column determination unit 124>
As described above, when the column cost c j of the feasible mountain m j is less than or equal to the dual cost P j for the feasible mountain m j (c j ≤ P j ), the set C of the feasible mountain m j . The feasible mountain m j is not sufficiently added to (matrix A). Therefore, the column determination unit 124 determines whether or not the incurred cost (= c j −P j ) is “0 (zero)” or less. If there is a constraint in equation (22), if a feasible solution is obtained, the incurred cost (= c j -P j ) will be "0 (zero)" or less, so it is feasible. Whether or not a solution is obtained matches the above-mentioned determination condition.

この判定の結果、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下である場合、列判定部124は、山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合C(行列A)に含まれているか否かを判定する。この判定の結果、山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれていない場合には、列生成部123により導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjを、実現可能山mjの集合C(行列A)に追加する必要がある。一方、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を上回る場合と、山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれている場合には、実現可能山mjをこれ以上実現可能山mjの集合C(行列A)に追加しても、当該実現可能山mjが原問題P(C)の最適解の候補になることはないと見なせる。
列判定部124は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
As a result of this determination, when the incurred cost (= c j −P j ) is “0 (zero)” or less, the column determination unit 124 has a feasible peak m based on the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i]. It is determined whether or not j is included in the set C (matrix A) of the feasible mountain m j . As a result of this determination, if the feasible crest m j based on the crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] is not included in the set C of the feasible crests m j , it is derived by the column generation unit 123 ( It is necessary to add the feasible crest m j based on the latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] to the set C (matrix A) of the feasible crest m j . On the other hand, when the incurred cost (= c j -P j ) exceeds "0 (zero)", the feasible mountain m j based on the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i] is the feasible mountain m j . If it is included in the set C, even if the feasible mountain m j is added to the set C (matrix A) of the feasible mountain m j any more, the feasible mountain m j is the original problem P (C). It can be considered that it is not a candidate for the optimum solution of.
The column determination unit 124 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<列追加部125>
列追加部125は、列判定部124により、実現可能山mjの列コストcjから、当該実現可能山mjに対する双対コストPjを減算した値(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下であると判定されると、列生成部123により導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjを、実現可能山mjの集合C(行列A)に追加する。例えば、列追加部125は、現在の行列Aの最後の列の次の列に、列生成部123により導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjの情報を追加する。
列追加部125は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
<Column addition part 125>
In the column addition unit 125, the value (= c j − P j ) obtained by subtracting the dual cost P j for the feasible mountain m j from the column cost c j of the feasible mountain m j by the column determination unit 124 is “0”. If it is determined to be "(zero)" or less, the feasible mountain m j based on the (latest) mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived by the column generator 123 is obtained from the feasible mountain m j . Add to set C (matrix A). For example, the column addition section 125 is placed in the next column after the last column of the current matrix A, and is a feasible peak m based on the (latest) pile constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived by the column generation unit 123. Add the information of j .
The column addition unit 125 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<実現可能山mjを追加した後の繰り返し計算>
以上のようにして列追加部125により実現可能山mjが追加されると、(6)式の行列Aの列が増える。そこで、双対解導出部122は、新たな行列Aを用いて、(6)式または(9)式の制約式を満足する範囲で(11)式の目的関数Jの値を最大にする双対変数p[i]を導出する。
<Repeat calculation after adding feasible mountain m j >
When the feasible mountain m j is added by the column addition unit 125 as described above, the number of columns of the matrix A in the equation (6) increases. Therefore, the dual solution derivation unit 122 uses a new matrix A to maximize the value of the objective function J of the equation (11) within the range satisfying the constraint equation of the equation (6) or the equation (9). Derivation of p [i].

更に、列生成部123は、このようにして導出された双対変数p[i]を用いて、(13)式~(18)式、(22)式の制約式を満足する範囲で(21)式の目的関数JSの値を最小にする決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を導出する。そして、列生成部123は、導出した決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])から、(19)式および(20)式により、実現可能山mjの列コストcjと、当該実現可能山mjに対する双対コストPjとを導出する。 Further, the column generation unit 123 uses the dual variable p [i] derived in this way to the extent that the constraint equations of Eqs. (13) to (18) and (22) are satisfied (21). Determinants that minimize the value of the objective function J S of the equation (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [i], steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and temporary placement / presence / absence variable t [i]) Is derived. Then, the column generation unit 123 is derived from the derived decision variables (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [i], steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and temporary placement presence / absence variable t [i]). From equations (19) and (20), the column cost c j of the feasible mountain m j and the dual cost P j for the feasible mountain m j are derived.

そして、列判定部124は、このようにして導出された、実現可能山mjの列コストcjと、当該実現可能山mjに対する双対コストPjとを用いて、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下であるか否かを判定する。この判定の結果、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下である場合には、列生成部123により導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合C(行列A)に含まれているか否かを判定し、含まれていない場合には列追加部125は、列生成部123により導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjを、実現可能山mjの集合C(行列Aの列)に追加する。 Then, the column determination unit 124 uses the column cost c j of the feasible mountain m j derived in this way and the dual cost P j for the feasible mountain m j , and the incurred cost (= c). It is determined whether or not j −P j ) is “0 (zero)” or less. As a result of this determination, if the incurred cost (= c j -P j ) is "0 (zero)" or less, the (latest) mountain constituent steel material presence / absence variable m j [the latest) derived by the column generator 123 [ It is determined whether or not the feasible mountain m j based on i] is included in the set C (matrix A) of the feasible mountain m j , and if it is not included, the column addition unit 125 is the column generation unit. The feasible crest m j based on the (latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived by 123 is added to the set C (column of the matrix A) of the feasible crest m j .

以上の処理を、列判定部124により、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を上回ると判定するまで、或いは実現可能山mjがその時点での実現可能山mjの集合C(行列A)に既に含まれていると判定するまで繰り返し行う。以下の説明では、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定された時点で得られている実現可能山mjの集合Cを、必要に応じて実現可能山mjの集合Ccgと称する。また、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定される直前に双対解導出部122により導出された双対問題D(Ccg)の最適解p[i]を、必要に応じて、双対最適解p[i]と称する。また、当該双対問題D(Ccg)の最適解p[i]を得たときの(11)式の目的関数Jの値を、必要に応じて、双対最適値VD(Ccg)と称する。 The above processing is performed until the column determination unit 124 determines that the incurred cost (= c j −P j ) exceeds “0 (zero)”, or the feasible mountain m j is the feasible mountain at that time. This is repeated until it is determined that the set C (matrix A) of m j is already included. In the following description, the set C of the feasible mountain m j obtained at the time when the column determination unit 124 determines that it is not necessary to add the feasible mountain m j to the column of the matrix A can be realized as needed. It is called a set C cg of mountains m j . Further, the optimum solution p [i] of the dual problem D (C cg ) derived by the dual solution derivation unit 122 immediately before it is determined that the feasible mountain m j is not required to be added to the column of the matrix A by the column determination unit 124. Is referred to as a dual optimal solution p [i], if necessary. Further, the value of the objective function J in the equation (11) when the optimum solution p [i] of the dual problem D (C cg ) is obtained is referred to as a dual optimum value V D (C cg ), if necessary. ..

((本処理部130))
本発明者らは、以上の前処理部120を実問題に適用すると、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を上回る前に、列生成子問題Sの最適解mj_opt[i](i∈N)(山構成鋼材有無変数mj[i]の最適解)が、実現可能山mjの集合Ccgに既に含まれていることが起こりやすくなり、この実現可能山mjの集合Ccgに対する原問題P(Ccg)を解くと((2)式の制約式を満足する範囲で(4)式の目的関数Jの値を最小にする決定変数x[j](最適解)を求めると)、目的関数Jの最適値の誤差が大きくなることを見出した。図2は、鋼材の数nが50(n=50)である10通りの鋼材情報を用いて、前処理部120における処理を行った結果の一例を表形式で示す図である。
((Main processing unit 130))
When the above preprocessing unit 120 is applied to an actual problem, the present inventors apply the optimum solution of the column generator problem S before the incurred cost (= c j − P j ) exceeds “0 (zero)”. It is easy to happen that m j_opt [i] (i ∈ N) (optimal solution of the mountain constitutive steel material presence / absence variable m j [i]) is already included in the set C cg of the feasible mountain m j , and this realization. Solving the original problem P (C cg ) for the set C cg of possible peaks m j minimizes the value of the objective function J in equation (4) within the range that satisfies the constraint equation in equation (2) x [ j] (optimal solution)), it was found that the error of the optimum value of the objective function J becomes large. FIG. 2 is a diagram showing in a table format an example of the result of processing in the pretreatment unit 120 using 10 types of steel material information in which the number n of steel materials is 50 (n = 50).

図2において「Data」は、10通りの鋼材情報の識別番号である。「繰り返し数」は、前述した<実現可能山mjを追加した後の繰り返し計算>の繰り返し数(双対解導出部122、列生成部123、および列判定部124の繰り返し数)を示す。VP(Ccg)は、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定された時点で得られている実現可能山mjの集合Ccgに対する原問題P(Ccg)の最適値((2)式の制約式を満足する範囲で最小となる(4)式の目的関数Jの値)である(以下の説明では、この最適値を、必要に応じて原問題最適値と称する。また、原問題最適値が得られたときの決定変数x[j](実現可能山mjを採用する場合に「1」、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数)の値を、必要に応じて原問題最適解と称する。VD(Ccg)は、前述した双対最適値であり、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定された時点で得られている実現可能山mjの集合Ccgに対する双対問題D(Ccg)の最適値((9)式の制約式を満足する範囲で最小となる(11)式の目的関数の値)である。VP(Call)は、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適値(即ち、真の最適値)である。相対誤差は、真の最適値VP(Call)に対する、原問題最適値VP(Ccg)の相対誤差(={(VP(Ccg)-VP(Call))÷VP(Call)}×100)を示す。 In FIG. 2, "Data" is an identification number of 10 kinds of steel material information. The “repetition number” indicates the number of repetitions of the above-mentioned <repetition calculation after adding the feasible mountain m j > (the number of repetitions of the dual solution derivation unit 122, the column generation unit 123, and the column determination unit 124). The VP (C cg ) is the original problem P for the set C cg of the feasible mountain m j obtained at the time when the column determination unit 124 determines that the feasible mountain m j is not required to be added to the column of the matrix A. The optimum value of (C cg ) (the value of the objective function J of the equation (4) that is the minimum within the range that satisfies the constraint equation of the equation (2)) (in the following description, this optimum value is used as necessary. It is called the optimum value of the original problem. Also, the determinant x [j] when the optimum value of the original problem is obtained (“1” when the feasible peak m j is adopted, and “0 (zero)” when it is not adopted. The value of 0-1 variable ) that becomes Is not necessary to be added to the column of the matrix A. Is the minimum value of the objective function of Eq. (11)). VP (C all) is the optimum value of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible peaks m j (that is, The relative error is the relative error of the original problem optimum value VP (C cg ) with respect to the true optimum value VP (C all ) (= {( VP (C cg ) -VP ). (C all )) ÷ VP (C all )} × 100) is shown.

図2に示すように、相対誤差は、最大値で40%を超え、平均値で20%を超えることが分かる。
列生成法は本来、線形計画問題に対する解法であるが、前処理部120では、0-1整数計画問題である原問題P(C)に列生成法を適用する。このことから図2に示すような相対誤差が生じると考えられる。相対誤差がこのような原因で生じることは、図2において、原問題最適値VP(Ccg)が、真の最適値VP(Call)以下となっていることから、双対問題D(Ccg)の双対最適解VD(Ccg)は、線形計画問題として0-1条件を緩和した最適値VP(Call)と一致していると推察されることからも窺える。
As shown in FIG. 2, it can be seen that the relative error exceeds 40% at the maximum value and exceeds 20% at the average value.
The column generation method is originally a solution to a linear programming problem, but the preprocessing unit 120 applies the column generation method to the original problem P (C) which is a 0-1 integer programming problem. From this, it is considered that a relative error as shown in FIG. 2 occurs. The reason why the relative error occurs due to such a cause is that the optimum value VP (C cg ) of the original problem is equal to or less than the true optimum value VP (C all ) in FIG. It can be inferred that the dual optimal solution V D (C cg ) of C cg ) is in agreement with the optimal value VP (C all ) in which the 0-1 condition is relaxed as a linear programming problem.

そこで、本発明者らは、このような相対誤差を減らすことを思考した。相対誤差が生じるのは、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgでは、0-1整数計画問題の最適解を構成するために必要な列(実現可能山mj)が不足しているためであると考えられる。つまり、(2)式の上に示す被覆条件(Σx[j]=1)と(2)式の下に示す0-1条件(x[j]∈{0,1})とを両立させるためには、0-1条件のない双対問題D(C)とは異なり、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列が行列Aに相当数必要であると考えられる。尚、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」だけではなく、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列も必要なのは、図2のData「1」、「3」、「6」、「7」、「8」、「9」のように、双対最適値VD(Ccg)が真の最適値VP(Call)を下回るケース(VD(Ccg)<VP(Call)のケース)もあるからである。つまり、このような双対ギャップが残るケースでは、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を上回る列も、真の最適解に含まれていることを意味する(尚、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を下回ることがないことは、双対定理により保障されている)。 Therefore, the present inventors considered to reduce such a relative error. The relative error occurs in the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120, the columns required to construct the optimum solution of the 0-1 integer programming problem (realizable peaks m j ). It is thought that this is due to the lack of. That is, in order to make the covering condition (Σx [j] = 1) shown above the equation (2) compatible with the 0-1 condition (x [j] ∈ {0,1}) shown below the equation (2). Unlike the dual problem D (C) without the 0-1 condition, the matrix A requires a considerable number of columns in which the incurred cost (= c j -P j ) is near "0 (zero)". Conceivable. It should be noted that not only the column in which the incurred cost (= c j -P j ) is "0 (zero)" but also the column in which the incurred cost (= c j -P j ) is near "0 (zero)" is required, as shown in the figure. The dual optimum value V D (C cg ) is the true optimum value V P (C all ), such as 2 Data "1", "3", "6", "7", "8", "9". This is because there are cases where the value is less than (V D (C cg ) < VP (C all )). In other words, in the case where such a dual gap remains, it means that the column whose incurred cost (= c j -P j ) exceeds "0 (zero)" is also included in the true optimal solution (note that). , It is guaranteed by the duality theorem that the incurred cost (= c j -P j ) never falls below "0 (zero)").

そこで、本発明者らは、不足している列(実現可能山mj)を補う方法を検討した。ここで、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解(決定変数x[j]:実現可能山mjを採用する場合に「1」、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数)を最適解構成列と称する。また、最適解候補列となり得る可能性のある列(実現可能山mj)を最適解構成候補列と称する。最適解構成候補列は、その被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列であることが必要条件となる。一方、何等かの方法で抽出した列Csに対する原問題P(Cs)の最適値(原問題最適値)VP(Cs)が、以下の(23)式を満たせば、当該列Csは、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解を求めるために十分な列であるといえる。なぜならば、0-1整数計画問題では、目的関数の係数が整数の場合、小数をもつ解をとれないこと及び、双対定理により、VD(Ccg)≦VP(Call)だから、真の最適値VP(Call)は、VD(Ccg)≦VP(Call)<VD(Ccg)+1を満たすからである。 Therefore, the present inventors have investigated a method for compensating for the missing row (feasibility mountain m j ). Here, the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible mountains m j (determined variable x [j]: "1" when adopting the feasible mountain m j , otherwise. A 0-1 variable that becomes "0 (zero)") is referred to as an optimal solution composition column. Further, a column (feasibility peak m j ) that can be an optimal solution candidate sequence is referred to as an optimal solution configuration candidate sequence. It is a necessary condition that the optimal solution configuration candidate column is a column in which the incurred cost (= c j − P j ) is in the vicinity of “0 (zero)”. On the other hand, if the optimum value (original problem optimum value) VP (C s ) of the original problem P (C s ) for the column C s extracted by some method satisfies the following equation (23), the column C It can be said that s is a sufficient sequence for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible mountains m j . This is because, in the 0-1 integer programming problem, if the coefficient of the objective function is an integer, it is not possible to take a solution with a decimal number, and according to the dual theorem, V D (C cg ) ≤ V P (C all ), so it is true. This is because the optimum value V P (C all ) of is satisfied with V D (C cg ) ≤ V P (C all ) <V D (C cg ) +1.

Figure 0007024580000023
Figure 0007024580000023

本実施形態では、本処理部130は、このような考え方に基づいて、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分であると考えられる列を、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定された時点で得られている実現可能山mjの集合Ccgの近傍探索により抽出する。以下に、本実施形態の本処理部130が有する機能の一例を詳細に説明する。以下の説明では、列判定部124にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定された時点で得られている実現可能山mjの集合Ccgを、必要に応じて前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgと称する。 In the present embodiment, the processing unit 130 is considered to be sufficient for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible mountains m j based on such an idea. The column is extracted by the neighborhood search of the set C cg of the feasible mountain m j obtained at the time when the column determination unit 124 determines that the feasible mountain m j is not required to be added to the column of the matrix A. Hereinafter, an example of the function of the processing unit 130 of the present embodiment will be described in detail. In the following description, the set C cg of the feasible mountain m j obtained at the time when the column determination unit 124 determines that the feasible mountain m j is not required to be added to the column of the matrix A is previously added as necessary. It is referred to as a set C cg of feasible peaks m j obtained by the processing unit 120.

図1において、本処理部130は、双対最適値取得部131、前処理原問題導出部132、本処理実施判定部133、近傍探索部134、および本処理原問題導出部135を有する。 In FIG. 1, the processing unit 130 includes a dual optimum value acquisition unit 131, a preprocessing original problem derivation unit 132, a processing execution determination unit 133, a neighborhood search unit 134, and a processing original problem derivation unit 135.

<双対最適値取得部131>
双対最適値取得部131は、双対最適値VD(Ccg)を取得する。前述したように、双対最適値VD(Ccg)は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに対する双対問題D(Ccg)の最適値((9)式の制約式を満足する範囲で最小となる(11)式の目的関数の値)である。
双対最適値取得部131は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
<Dual optimal value acquisition unit 131>
The dual optimum value acquisition unit 131 acquires the dual optimum value V D (C cg ). As described above, the dual optimum value V D (C cg ) is the optimum value of the dual problem D (C cg ) for the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120 ((9). It is the minimum value of the objective function of Eq. (11) in the range that satisfies the constraint equation).
The dual optimum value acquisition unit 131 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<前処理原問題導出部132>
前処理原問題導出部132は、原問題最適値VP(Ccg)および原問題最適解x[j]を導出する。前述したように、原問題最適値VP(Ccg)は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに対する原問題P(Ccg)を解いたときの((2)式の制約式を満足する範囲で(4)式の目的関数Jの値を最小にする決定変数x[j](原問題最適解)を求めたときの)目的関数J((4)式)の値である。
前処理原問題導出部132は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
<Preprocessing original problem derivation unit 132>
The preprocessing original problem derivation unit 132 derives the original problem optimum value VP (C cg ) and the original problem optimum solution x [j]. As described above, the original problem optimum value V P (C cg ) is obtained when the original problem P (C cg ) for the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the pretreatment unit 120 is solved ((2). ) Objective function J (when the decision variable x [j] (optimal solution of the original problem) that minimizes the value of the objective function J in equation (4) is obtained within the range that satisfies the constraint equation in equation (4). ) Is the value.
The preprocessing original problem derivation unit 132 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<本処理実施判定部133>
本処理実施判定部133は、前処理原問題導出部132により導出された原問題最適値VP(Ccg)から、双対最適値取得部131により取得された双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回るか否か(VP(Ccg)-VD(Ccg)<1が成り立つか否か)を判定する。この判定の結果、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回る場合、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られていると判断される。一方、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回らない場合、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgでは、前処理部120により、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られていないと判断される。
本処理実施判定部133は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
<Main processing implementation determination unit 133>
The processing execution determination unit 133 has a dual optimum value V D (C cg ) acquired by the dual optimum value acquisition unit 131 from the original problem optimum value VP (C cg ) derived by the preprocessing original problem derivation unit 132. It is determined whether or not the value obtained by subtracting is less than "1" (whether or not VP (C cg ) -V D (C cg ) <1 holds). As a result of this determination, if the value obtained by subtracting the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg) is less than "1", the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. From the set C cg of, it is judged that a sufficient sequence is obtained for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible mountains m j . On the other hand, if the value obtained by subtracting the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg ) does not fall below "1", the set of feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120. In C cg , it is determined by the preprocessing unit 120 that a sufficient sequence is not obtained for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible peaks m j .
The processing execution determination unit 133 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<近傍探索部134>
近傍探索部134は、本処理実施判定部133が、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られていないと判定すると起動する。近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに基づいて、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれていない列(実現可能山mj)を探索し、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加する。
<Neighborhood search unit 134>
In the neighborhood search unit 134, the processing execution determination unit 133 uses the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 to solve the original problem P (C) for the set C all of all the feasible mountain m j . It is activated when it is determined that a sufficient column is not obtained for the solution of the optimum solution of all ). The neighborhood search unit 134 is a column not included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120, based on the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. (Feasible mountain m j ) is searched and added to the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120.

本実施形態では、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgの近傍の実現可能山mjを抽出する。具体的に、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjのそれぞれについて、実現可能山mjの「0(ゼロ)」の要素(行列Aの各列を構成する要素)の何れか1つを「1」とする実現可能山mj_npを探索する。以下の説明では、このようにして探索される実現可能山を、必要に応じて1増近傍山mj_npと称する。図3に示すように、1増近傍山mj_npは、前処理部120で得られた実現可能山mjの最上段、最下段、または、隣接する2つの鋼材の間の何れか1つに、鋼材を1つ追加した実現可能山である。また、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjのそれぞれについて、実現可能山mjの「1」の要素の何れか1つを「0(ゼロ)」とする実現可能山mj_nmを探索する。以下の説明では、このようにして探索される実現可能山を、必要に応じて1減近傍山mj_nmと称する。図3に示すように、1減近傍山mj_nmは、前処理部120で得られた実現可能山mjを構成する鋼材の何れか1つを取り除いた実現可能山である。なお、図3に示す矩形は1つの鋼材iを表し、縦に並べられた全矩形(鋼材)まとめて1つの実現可能山mjを表す。 In the present embodiment, the neighborhood search unit 134 extracts the feasible mountain m j in the vicinity of the set C c g of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. Specifically, the neighborhood search unit 134 constitutes each column of the "0 (zero)" element (matrix A) of the feasible mountain m j for each of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Search for a feasible mountain m j_np where any one of the elements) is set to "1". In the following description, the feasible mountain searched in this way is referred to as a 1-increased neighborhood mountain m j_np , if necessary. As shown in FIG. 3, the 1-increased neighborhood m j_np is located at the top, bottom, or between two adjacent steel materials of the feasible crest m j obtained by the pretreatment section 120. , It is a feasible mountain with one additional steel material. Further, the neighborhood search unit 134 sets any one of the elements of "1" of the feasible mountain m j to "0 (zero)" for each of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Search for the feasible mountain m j_nm . In the following description, the feasible mountain searched in this way is referred to as a 1-reduction neighborhood mountain m j_nm , if necessary. As shown in FIG. 3, the 1-decreased neighborhood m j_nm is a feasible mountain obtained by removing any one of the steel materials constituting the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. The rectangle shown in FIG. 3 represents one steel material i, and all the vertically arranged rectangles (steel materials) collectively represent one feasible mountain m j .

鋼材の全体集合Nが、N={1,2,3,4,5}である場合に、全体集合Nの部分集合SjとしてSj={1,3,5}が得られた場合、上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足しないことがないものと仮定すると、前処理部120で得られた実現可能山mj(列)は、mj=[1,0,1,0,1]Tになる(Tは転置を表す)。この場合、1増近傍山mj_npは、mj_np=[1,1,1,0,1]T,[1,0,1,1,1]Tの2つの実現可能山になる。一方、1減近傍山mj_nmは、mj_nm=[0,0,1,0,1]T,[1,0,0,0,1]T,[1,0,1,0,0]Tの3つの実現可能山になる。 When the total set N of steel materials is N = {1,2,3,4,5} and S j = {1,3,5} is obtained as the subset S j of the total set N. Assuming that the loading prohibition constraint (see equation (17)) and the mountain height constraint (see equation (18)) are not satisfied, the feasible peak m j (column) obtained by the preprocessing unit 120 is not satisfied. ) Becomes m j = [1,0,1,0,1] T (T represents transposition). In this case, the 1-increasing neighborhood mountain m j_np becomes two feasible mountains of m j_np = [1,1,1,0,1] T and [1,0,1,1,1] T. On the other hand, the 1-decrease neighborhood mountain m j_nm is m j_nm = [0,0,1,0,1] T , [1,0,0,0,1] T , [1,0,1,0,0]. There are three feasible mountains of T.

近傍探索部134は、このような1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmの探索を、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mjのそれぞれについて個別に行う。 The neighborhood search unit 134 includes the search for the 1-increasing neighborhood mountain m j_np and the 1-decreasing neighborhood mountain m j_nm in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Do each of j individually.

ここで、近傍探索部134は、実現可能山mjの「0(ゼロ)」の要素の何れか1つを「1」に変更した山mj'が、実現可能山(上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足する山)であり、且つ、前処理部120で得られた実現可能山mjでも探索済みの1増近傍山mj_npでもなく、且つ、当該変更した山mjに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下である場合に、当該山mjを、1増近傍山集合Cnb_pに追加する。 Here, in the neighborhood search unit 134, the mountain m j'in which any one of the elements of "0 (zero)" of the feasible mountain m j is changed to "1 " is the feasible mountain (mounting prohibition constraint (overload prohibition constraint). A mountain that satisfies (see equation (17)) and the mountain height constraint (see equation (18)), and is a feasible mountain obtained by the pretreatment unit 120. If the mountain m j is not m j_np and the incurred cost (= c j − P j ) for the changed mountain m j is equal to or less than the threshold TH, the mountain m j is added to the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p . ..

同様に、近傍探索部134は、実現可能山mjの「1」の要素の何れか1つを「0(ゼロ)」に変更した山mj'が、実現可能山(上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足する山)であり、且つ、前処理部120で得られた実現可能山mjでも探索済みの1減近傍山mj_nbでもなく、且つ、当該変更した山mj'に対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下である場合に、当該山mjを、1減近傍山集合Cnb_mに追加する。 Similarly, in the neighborhood search unit 134, the mountain m j'in which any one of the elements of "1" of the feasible mountain m j is changed to "0 (zero) " is the feasible mountain (mounting prohibition constraint (overload prohibition constraint). A mountain that satisfies (see equation (17)) and the mountain height constraint (see equation (18)), and is a feasible mountain obtained by the pretreatment unit 120. If it is not m j_nb and the incurred cost (= c j -P j ) for the changed mountain m j'is less than or equal to the threshold TH, the mountain m j is added to the 1-decreased neighborhood mountain set C nb_m . do.

当該変更した山mj'に対する被約費用(=cj'-Pj')が閾値TH以下であるという条件は、被約費用が大きすぎる場合、前述した必要条件(被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列であること)を満たさないことから、このような列を除くために設けられる。閾値THは、例えば、以下の(24)式で定めることができる。 The condition that the contracted cost (= c j' -P j' ) for the changed mountain m j'is equal to or less than the threshold TH is a necessary condition (contracted cost (= c)) described above when the contracted cost is too large. Since j -P j ) does not satisfy the column near "0 (zero)"), it is provided to exclude such a column. The threshold value TH can be determined, for example, by the following equation (24).

Figure 0007024580000024
Figure 0007024580000024

ここで、ceil(x)は、天井関数(実数xに対してx以上の最小の整数を対応付ける関数)である。
近傍探索部134は、以上のようにして前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mjのそれぞれについて、実現可能山mjの「0(ゼロ)」の要素の何れか1つを「1」に変更した山mj'が、1増近傍山集合Cnb_pに追加することができるか否かを判定して、追加できる山mj'を1増近傍山集合Cnb_pに追加することと、実現可能山mjの「1(ゼロ)」の要素の何れか1つを「0(ゼロ)」に変更した山mj'が、1減近傍山集合Cnb_mに追加することができるか否かを判定して、追加できる山mj'を1減近傍山集合Cnb_mに追加することを行う。そして、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる全ての実現可能山mjについて、以上の処理を行った時点で1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mに含まれる1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmを、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加する。以下の説明では、以上の処理を行った時点で1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mに含まれる1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmを、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加して得られる実現可能山mjの集合Cを、必要に応じて本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1と称する。
近傍探索部134は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
Here, ceil (x) is a ceiling function (a function that associates the smallest integer greater than or equal to x with a real number x).
The neighborhood search unit 134 has "0 (zero)" of the feasible mountain m j for each of the feasible mountain m j included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120 as described above. ) ”, And the mountain m j'that can be added is determined by determining whether or not the mountain m j'that has changed any one of the elements to" 1 "can be added to the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p . Addition to the 1 increase neighborhood mountain set C nb_p and the change of any one of the "1 (zero)" elements of the feasible mountain m j to "0 (zero)", the mountain m j'decreases by 1. It is determined whether or not it can be added to the neighboring mountain set C nb_m , and the mountain m j'that can be added is added to the 1-decreased neighboring mountain set C nb_m . Then, the neighborhood search unit 134 performs the above processing for all the feasible mountain m j included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120, and when the above processing is performed, the neighborhood mountain set is increased by 1. C nb_p and 1 decreasing neighborhood mountain set C nb_m includes 1 increasing neighborhood mountain m j_np and 1 decreasing neighborhood mountain m j_nm are added to the set C cg of feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. In the following description, when the above processing is performed, the 1-increasing neighborhood mountain set C nb_p and the 1-decreasing neighborhood mountain set C nb_m include the 1-increasing neighborhood mountain set C nb_n and the 1-decreasing neighborhood mountain set m j_nm . The set C of the feasible mountain m j obtained by adding to the set C cg of the feasible mountain m j obtained in is added to the set C of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130 as needed. It is called.
The neighborhood search unit 134 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

<本処理原問題導出部135>
本処理原問題導出部135は、原問題最適値VP(CLS1)と原問題最適解x[j]を導出する。前述したように、原問題最適値VP(CLS1)は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に対する原問題P(CLS1)を解いたときの((2)式の制約式を満足する範囲で(4)式の目的関数Jの値を最小にする決定変数x[j](原問題最適解)を求めたときの)目的関数J((4)式)の値である。
<Main processing original problem derivation unit 135>
The processing original problem derivation unit 135 derives the original problem optimum value VP ( CL S1 ) and the original problem optimum solution x [j]. As described above, the original problem optimum value VP (C LS1 ) is obtained by solving the original problem P (C LS1 ) for the set C LS1 of the feasible peaks m j obtained by the processing unit 130 ((2). ) Objective function J (when the decision variable x [j] (optimal solution of the original problem) that minimizes the value of the objective function J in equation (4) is obtained within the range that satisfies the constraint equation in equation (4). ).

図4は、図2に示した結果と同一の鋼材情報を用いて、本処理部130における処理を行った結果の一例を表形式で示す図である。図4において、「Data」は、10通りの鋼材情報の識別番号であり、図2に示した「Data」に対応する。|Ccg|は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mj(列)の数である。|CLS1|は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に含まれる実現可能山mj(列)の数である。VP(CLS1)は、CLS1に対し本処理原問題導出部135により導出された原問題最適値である。|Call|は、全ての実現可能山mjの集合Callに含まれる実現可能山mj(列)の数である。VP(Call)は、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適値(即ち、真の最適値)であり、図2に示したVP(Call)に対応する。相対誤差は、真の最適値VP(Call)に対する、原問題最適値VP(CLS1)の相対誤差(={(VP(CLS1)-VP(Call))÷VP(Call)}×100)を示す。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the result of processing in the processing unit 130 using the same steel material information as the result shown in FIG. 2 in a table format. In FIG. 4, “Data” is an identification number of 10 kinds of steel material information, and corresponds to “Data” shown in FIG. | C cg | is the number of feasible peaks m j (columns) included in the set C cg of feasible peaks m j obtained by the pretreatment unit 120. | C LS1 | is the number of feasible peaks m j (columns) included in the set C LS1 of feasible peaks m j obtained by the processing unit 130. VP (C LS1 ) is the optimum value of the original problem derived by the processing original problem deriving unit 135 with respect to C LS1 . | C all | is the number of feasible mountains m j (columns) included in the set C all of all feasible mountains m j . VP (C all) is the optimum value (that is, the true optimum value) of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible peaks m j , and VP (C) shown in FIG. corresponds to all ). The relative error is the relative error of the original problem optimum value VP (C LS1 ) with respect to the true optimum value VP (C all ) (= {( VP (C LS1 ) -VP (C all )) ÷ VP ). (C all )} × 100) is shown.

図4に示す相対誤差と、図2に示す相対誤差とを比較すると分かるように、本実施形態のように本処理部130(近傍探索部134)における局所探索法で列を追加することにより、列生成法の課題である相対誤差を大幅に減少させることができる。図2、図4に示す例では、相対誤差の平均値を22.6%から0.64%に減少させることができる。
本処理原問題導出部135は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現される。
As can be seen by comparing the relative error shown in FIG. 4 with the relative error shown in FIG. 2, by adding a column by the local search method in the processing unit 130 (neighborhood search unit 134) as in the present embodiment. Relative error, which is a problem of column generation method, can be significantly reduced. In the examples shown in FIGS. 2 and 4, the average value of the relative error can be reduced from 22.6% to 0.64%.
The processing original problem derivation unit 135 is realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

((出力部140))
出力部140は、本処理実施判定部133が、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られていると判定した場合には、前処理原問題導出部132により導出された原問題最適解x[j]の値が「1」となる実現可能山mjを特定し、特定した実現可能山mjの情報を山分け計画の情報として出力する。
一方、出力部140は、本処理実施判定部133が、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られていないと判定した場合には、本処理原問題導出部135により導出された原問題最適解x[j]の値が「1」となる実現可能山mjを特定し、特定した実現可能山mjの情報を山分け計画の情報として出力する。
((Output unit 140))
In the output unit 140, the original problem P (C all ) for the set C all of all the feasible peaks m j by the present processing execution determination unit 133 by the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120. ), When it is determined that a sufficient column is obtained for the solution of the optimum solution, the value of the original problem optimum solution x [j] derived by the preprocessing original problem derivation unit 132 becomes "1". The possible mountain m j is specified, and the information of the specified feasible mountain m j is output as the information of the mountain division plan.
On the other hand, in the output unit 140, the processing execution determination unit 133 uses the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 to solve the original problem P (for the set C all of all the feasible mountains m j ). When it is determined that a sufficient column is not obtained for the solution of the optimum solution of C all ), the value of the optimum solution x [j] of the original problem derived by the processing original problem derivation unit 135 is set to "1". The feasible mountain m j is specified, and the information of the specified feasible mountain m j is output as the information of the mountain division plan.

出力部140は、例えば、実現可能山のIDと、当該IDの実現可能山に属する鋼材のIDとを含む情報を山分け計画の情報とすることができる。ここで、鋼材のIDは、鋼材情報に含まれるIDである。また、出力部140は、鋼材情報に含まれる鋼材のサイズと、上載せ禁止制約式とに基づいて、実現可能山に属する鋼材の当該実現可能山における積順を導出し、当該積順の情報を山分け計画の情報に含めて出力してもよい。 For example, the output unit 140 can use information including the ID of the feasible mountain and the ID of the steel material belonging to the feasible mountain of the ID as the information of the mountain division plan. Here, the ID of the steel material is an ID included in the steel material information. Further, the output unit 140 derives the stacking order of the steel materials belonging to the feasible pile in the feasible pile based on the size of the steel material included in the steel material information and the loading prohibition constraint formula, and the information of the stacking order is obtained. May be included in the information of the mountain division plan and output.

山分け計画の情報の出力の形態としては、例えば、外部装置への送信と、鋼材の山分け計画作成装置100の内部または外部の記憶媒体の記憶との少なくとも何れか1つを採用することができる。また、出力部140は、山分け計画の情報と、鋼材情報に含まれる鋼材の到着順と、ヤードの置場1101~1104および搬送機器(クレーン1A、1B、2A、2B)の情報に基づいて、どのタイミングでどの搬送機器によりどの鋼材をどの場所に搬送するのかを特定し、特定した内容に基づいて、搬送機器に対する動作指令を行うことができる。この場合には、山分け計画の情報を出力しなくてもよい。
出力部140は、例えば、CPU、ROM、RAM、および通信インターフェース(または記憶媒体とのインターフェース)を用いることにより実現される。
As a form of output of the information of the mountain division plan, for example, at least one of transmission to an external device and storage of an internal or external storage medium of the steel material mountain division plan creation device 100 can be adopted. Further, the output unit 140 is based on the information of the mountain division plan, the arrival order of the steel materials included in the steel material information, the yard storage areas 1101 to 1104, and the information of the transport equipment (crane 1A, 1B, 2A, 2B). It is possible to specify which steel material is to be transported to which place by which transport device at the timing, and to issue an operation command to the transport device based on the specified content. In this case, it is not necessary to output the information of the mountain division plan.
The output unit 140 is realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and a communication interface (or an interface with a storage medium).

(動作フローチャート)
次に、図5-1および図5-2のフローチャートを参照しながら、本実施形態の鋼材の山分け計画作成方法の一例を説明する。
まず、ステップS501において、鋼材情報取得部110は、鋼材情報を取得する。
次に、ステップS502において、初期列集合設定部121は、実現可能山mjの集合Cの初期値を設定する。
(Operation flow chart)
Next, an example of the method for creating a pile division plan for steel materials according to the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 5-1 and 5-2.
First, in step S501, the steel material information acquisition unit 110 acquires steel material information.
Next, in step S502, the initial column set setting unit 121 sets the initial value of the set C of the feasible peak m j .

次に、ステップS503において、双対解導出部122は、実現可能山mjの集合Cの現在値に基づいて、(9)式の制約式を満足する範囲で(11)式の目的関数Jの値を最大にする双対変数p[i]を、双対問題D(C)の最適解(双対解psol[i])として導出する。最初にステップS503を行うときには、実現可能山mjの集合Cの現在値は、ステップS502で設定された実現可能山mjの集合Cの初期値である。 Next, in step S503, the dual solution derivation unit 122 of the objective function J of the equation (11) within the range satisfying the constraint equation of the equation (9) based on the current value of the set C of the feasible peak m j . The dual variable p [i] that maximizes the value is derived as the optimum solution (dual solution p sol [i]) of the dual problem D (C). When step S503 is first performed, the current value of the set C of the feasible peaks m j is the initial value of the set C of the feasible peaks m j set in step S502.

次に、ステップS504において、列生成部123は、ステップS503で導出された(最新の)双対解psol[i]を用いて、(13)式~(18)式、(22)式の制約式を満足する範囲で(21)式の目的関数JSの値を最小にする決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を導出する。そして、列生成部123は、導出した決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])から、(19)式および(20)式により、実現可能山mjの列コストcjと、当該実現可能山mjに対する双対コストPjとを導出する。 Next, in step S504, the column generator 123 uses the (latest) dual solution p sol [i] derived in step S503 to constrain the equations (13) to (18) and (22). Determinants that minimize the value of the objective function J S in Eq. ( 21) within the range that satisfies Eq . Derivation of the temporary placement variable t [i]). Then, the column generation unit 123 is derived from the derived decision variables (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [i], steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and temporary placement presence / absence variable t [i]). From equations (19) and (20), the column cost c j of the feasible mountain m j and the dual cost P j for the feasible mountain m j are derived.

次に、ステップS505において、列判定部124は、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下であるか否かを判定する。この判定の結果、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下である場合(ステップS505でYESの場合)には、ステップS506に進む。 Next, in step S505, the column determination unit 124 determines whether or not the incurred cost (= c j −P j ) is “0 (zero)” or less. As a result of this determination, if the incurred cost (= c j −P j ) is “0 (zero)” or less (YES in step S505), the process proceeds to step S506.

ステップS506に進むと、列判定部124は、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれているか否かを判定する。この判定の結果、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれている場合(ステップS506でYESの場合)には、後述する図5-2のステップS508に進む。一方、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれていない場合(ステップS506でNOの場合)には、ステップS507に進む。 Proceeding to step S506, the column determination unit 124 changes the feasible mountain m j based on the (latest) mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 into the set C of the feasible mountain m j . Determine if it is included. As a result of this determination, when the feasible crest m j based on the (latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 is included in the set C of the feasible crests m j (step). If YES in S506), the process proceeds to step S508 of FIG. 5-2, which will be described later. On the other hand, when the feasible crest m j based on the (latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 is not included in the set C of the feasible crests m j (NO in step S506). In the case of), the process proceeds to step S507.

ステップS507に進むと、列追加部125は、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjを、実現可能山mjの集合Cに追加し、実現可能山mjの集合Cの現在値を更新する。そして、ステップS503に戻り、ステップS505において、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を超えると判定されるか(ステップS505でNOと判定されるか)、または、ステップS506において、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれていると判定されるまで(ステップS506でYESと判定されるまで)、ステップS503~S507の処理を繰り返し行う。 Proceeding to step S507, the column addition unit 125 changes the feasible mountain m j based on the (latest) mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 into the set C of the feasible mountain m j . Add and update the current value of the set C of the feasible mountain m j . Then, returning to step S503, in step S505, whether it is determined that the incurred cost (= c j −P j ) exceeds “0 (zero)” (whether it is determined as NO in step S505), or In step S506, it is determined that the feasible crest m j based on the (latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 is included in the set C of the feasible crests m j . Until (until it is determined to be YES in step S506), the processes of steps S503 to S507 are repeated.

以上のようにしてステップS505において、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」以下でないと判定されるか(ステップS505でNOと判定されるか)、または、ステップS506において、ステップS504で導出された(最新の)山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjが、実現可能山mjの集合Cに含まれていると判定されると(ステップS506でYESと判定されると)、図5-2のステップS508に進む。このときに得られている実現可能山mjの集合Cが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgになる。 As described above, in step S505, is it determined that the incurred cost (= c j −P j ) is not “0 (zero)” or less (whether it is determined as NO in step S505), or is it determined in step S506? In, it is determined that the feasible crest m j based on the (latest) crest constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived in step S504 is included in the set C of the feasible crests m j (. If YES is determined in step S506), the process proceeds to step S508 of FIG. 5-2. The set C of the feasible peaks m j obtained at this time becomes the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120.

ステップS508に進むと、双対最適値取得部131は、双対最適値VD(Ccg)を取得する。双対最適値VD(Ccg)は、ステップS505またはS506にて実現可能山mjを行列Aの列に追加不要と判定される直前にステップS503で導出された双対問題Dの最適解を得たときの(11)式の目的関数Jの値である。 Proceeding to step S508, the dual optimum value acquisition unit 131 acquires the dual optimum value V D (C cg ). The dual optimum value V D (C cg ) obtains the optimum solution of the dual problem D derived in step S503 immediately before it is determined that the mountain m j that can be realized in step S505 or S506 does not need to be added to the column of the matrix A. It is the value of the objective function J of the equation (11) at the time.

次に、ステップS509において、前処理原問題導出部132は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに対する原問題P(Ccg)を解くことにより、原問題最適値VP(Ccg)および原問題最適解x[j]を導出する。 Next, in step S509, the preprocessing original problem deriving unit 132 solves the original problem P (C cg ) for the set C cg of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120, thereby solving the original problem optimum value. VP (C cg ) and the optimum solution x [j] of the original problem are derived.

次に、ステップS510において、本処理実施判定部133は、ステップS509で導出された原問題最適値VP(Ccg)から、ステップS508で双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回るか否かを判定する。この判定の結果、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回る場合(ステップS510でYESの場合)には、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られている。このため、処理は、ステップS511、S512を省略して後述するステップS513に進む。 Next, in step S510, the process execution determination unit 133 subtracts the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg ) derived in step S509 in step S508. It is determined whether or not it is less than "1". As a result of this determination, if the value obtained by subtracting the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg) is less than "1" (YES in step S510), the preprocessing unit. The set C cg of the feasible mountain m j obtained in 120 provides a sufficient sequence for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all the feasible mountain m j . Therefore, the process proceeds to step S513, which will be described later, omitting steps S511 and S512.

一方、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回らない場合(ステップS510でNOの場合)、処理は、ステップS511に進む。ステップS511において、近傍探索部134は、近傍探索処理を行う。この近傍探索処理で得られた実現可能山mjの集合Cが、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1になる。近傍探索処理の一例の詳細については、図6-1および図6-2のフローチャートを参照しながら後述する。 On the other hand, if the value obtained by subtracting the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg ) does not fall below "1" (NO in step S510), the process proceeds to step S511. .. In step S511, the neighborhood search unit 134 performs the neighborhood search process. The set C of the feasible mountain m j obtained by this neighborhood search process becomes the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130. Details of an example of the neighborhood search process will be described later with reference to the flowcharts of FIGS. 6-1 and 6-2.

次に、ステップS512において、本処理原問題導出部135は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に対する原問題P(CLS1)を解くことにより、原問題最適値VP(CLS1)と原問題最適解x[j]を導出する。
次に、ステップS513において、出力部140は、原問題最適解x[j]の値が「1」となる実現可能山mjを特定し、特定した実現可能山mjの情報を山分け計画の情報として出力する。ステップS510でYESと判定されてステップS513に進んだ場合、出力部140は、ステップS509で導出された原問題最適解x[j]の値が「1」となる実現可能山mjを特定し、特定した実現可能山mjの情報を山分け計画の情報として出力する。一方、ステップS510でNOと判定されてステップS513に進んだ場合、出力部140は、ステップS512で導出された原問題最適解x[j]の値が「1」となる実現可能山mjを特定し、特定した実現可能山mjの情報を山分け計画の情報として出力する。そして、図5-1および図5-2のフローチャートによる処理が終了する。
Next, in step S512, the processing original problem deriving unit 135 solves the original problem P (C LS1 ) for the set C LS1 of the feasible peaks m j obtained by the processing unit 130, thereby solving the original problem optimum value. Derivation of VP (C LS1 ) and the optimum solution x [j] of the original problem.
Next, in step S513, the output unit 140 identifies a feasible mountain m j in which the value of the original problem optimum solution x [j] is “1”, and the information of the specified feasible mountain m j is divided into mountains. Output as information. If YES is determined in step S510 and the process proceeds to step S513, the output unit 140 identifies a feasible mountain m j in which the value of the original problem optimum solution x [j] derived in step S509 is “1”. , The information of the specified feasible mountain m j is output as the information of the mountain division plan. On the other hand, when NO is determined in step S510 and the process proceeds to step S513, the output unit 140 determines a feasible mountain m j in which the value of the original problem optimum solution x [j] derived in step S512 is “1”. The information of the specified and specified feasible mountain m j is output as the information of the mountain division plan. Then, the processing according to the flowcharts of FIGS. 5-1 and 5-2 is completed.

次に、図6-1および図6-2のフローチャートを参照しながら、図5-2のステップS511の近傍探索処理の詳細について説明する。
まず、ステップS601において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mj(行列Aの列)のうち最初の実現可能山mj(行列Aの第1列(j=1))を指定する。また、近傍探索部134は、1増近傍山集合Cnb_pをφ(空集合)とする。
Next, the details of the neighborhood search process in step S511 of FIG. 5-2 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 6-1 and 6-2.
First, in step S601, the neighborhood search unit 134 is the first feasible mountain m j (column of matrix A) included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Specify m j (first column of matrix A (j = 1)). Further, the neighborhood search unit 134 sets φ (empty set) as the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p .

次に、ステップS602において、近傍探索部134は、1増近傍山mj_npの初期値として、前処理部120で得られた実現可能山mjのうち、現在指定している実現可能山mjを設定する。
次に、ステップS603において、近傍探索部134は、ステップS602で設定した1増近傍山mj_npの初期値の先頭の要素mj_np[1](鋼材、i=1)を指定する。例えば、鋼材の全体集合Nが、N={1,2,3,4,5}である場合に、全体集合Nの部分集合SjとしてSj={1,3,5}が得られた場合、前処理部120で得られた実現可能山mj(列)は、mj=[1,0,1,0,1]Tになる(Tは転置を表す)。ステップS602において、この前処理部120で得られた実現可能山mj(列)が、1増近傍山mj_npの初期値として設定され、ステップS604において、mj_np=[1,0,1,0,1]Tの先頭の要素(i=1の要素)として、「1」が指定される。この場合、i=1、2、3、4、5の要素の値は、それぞれ、1、0、1、0、1となる。
Next, in step S602, the neighborhood search unit 134 uses the feasible mountain m j currently specified among the feasible mountains m j obtained by the preprocessing unit 120 as the initial value of the 1 increase neighborhood mountain m j_np . To set.
Next, in step S603, the neighborhood search unit 134 designates the first element m j_np [1] (steel material, i = 1) of the initial value of the 1-increased neighborhood mountain m j_np set in step S602. For example, when the total set N of steel materials is N = {1, 2, 3, 4, 5}, S j = {1, 3, 5} is obtained as the subset S j of the total set N. In this case, the feasible peak m j (column) obtained by the preprocessing unit 120 is m j = [1,0,1,0,1] T (T represents transposition). In step S602, the feasible mountain m j (column) obtained by the preprocessing unit 120 is set as the initial value of the 1 increase neighborhood mountain m j_np , and in step S604, m j_np = [1,0,1, 0,1] "1" is specified as the first element of T (element of i = 1). In this case, the values of the elements of i = 1, 2, 3, 4, 5 are 1, 0, 1, 0, 1, respectively.

次に、ステップS604において、近傍探索部134は、現在指定している1増近傍山mj_npの初期値の要素mj_np[i]の値が「0(ゼロ)」であるか否かを判定する。この判定の結果、現在指定している1増近傍山mj_npの初期値の要素mj_np[i]の値が「0(ゼロ)」でない場合(ステップS604でNOの場合)、当該要素には既に鋼材があるので、処理は、ステップS605~S609を省略して後述するステップS610に進む。 Next, in step S604, the neighborhood search unit 134 determines whether or not the value of the element m j_np [i] of the initial value of the currently designated 1-increasing neighborhood mountain m j_np is “0 (zero)”. do. As a result of this determination, if the value of the element m j_np [i] of the initial value of the currently specified 1-increased neighborhood mountain m j_np is not "0 (zero)" (NO in step S604), the element concerned Since there is already a steel material, the process skips steps S605 to S609 and proceeds to step S610 described later.

一方、現在指定している1増近傍山mj_npの初期値の要素mj_np[i]の値が「0(ゼロ)」である場合(ステップS604でYESの場合)、処理は、ステップS605に進む。ステップS605において、近傍探索部134は、現在指定している1増近傍山mj_npの初期値の要素mj_np[i]の値を「1」に変更する。 On the other hand, when the value of the element m j_np [i] of the initial value of the currently specified 1-increasing neighborhood mountain m j_np is "0 (zero)" (YES in step S604), the process is performed in step S605. move on. In step S605, the neighborhood search unit 134 changes the value of the element m j_np [i] of the initial value of the currently designated 1-increased neighborhood mountain m j_np to “1”.

次に、ステップS606において、近傍探索部134は、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1増近傍山集合Cnb_pに含まれているか否かを判定する。この判定の結果、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1増近傍山集合Cnb_pに含まれている場合(ステップS606でYESの場合)、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npを1増近傍山集合Cnb_pに追加する必要はない。従って、処理は、ステップS607~S609を省略して後述するステップS610に進む。 Next, in step S606, in the neighborhood search unit 134, the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 is the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 or the 1-increased neighborhood mountain set. It is determined whether or not it is included in C nb_p . As a result of this determination, when the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 is included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 or the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p . (When YES in step S606), it is not necessary to add the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 to the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p . Therefore, the process skips steps S607 to S609 and proceeds to step S610 described later.

一方、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1増近傍山集合Cnb_pに含まれている場合(ステップS606でNOの場合)、処理は、ステップS607に進む。ステップS607において、近傍探索部134は、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、実現可能山(上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足する山)であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、実現可能山でない場合(ステップS607でNOの場合)、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npは、最適な実現可能山mjを得るために必要な実現可能山mjの候補ではない。従って、処理は、ステップS608~S609を省略して後述するステップS610に進む。 On the other hand, when the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 is included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 or the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p (step S606). If NO), the process proceeds to step S607. In step S607, the neighborhood search unit 134 sets the feasible mountain (mounting prohibition constraint (see equation (17)) and mountain height constraint ((18) equation) for the one-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605. Refer to) to determine whether or not the mountain) satisfies. As a result of this determination, if the 1-increased neighborhood mountain m j_np after the change in step S605 is not a feasible mountain (NO in step S607), the 1-increased neighborhood mountain m j_np after the change in step S605 is optimally realized. It is not a candidate for the feasible mountain m j required to obtain the possible mountain m j . Therefore, the process skips steps S608 to S609 and proceeds to step S610 described later.

一方、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npが、実現可能山である場合(ステップS607でYESの場合)、処理は、ステップS608に進む。ステップS608において、近傍探索部134は、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下でない場合(ステップS608でNOの場合)、被約費用が大きすぎるため、前述した必要条件(被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列であること)を満足しない。従って、処理は、ステップS609を省略して後述するステップS610に進む。 On the other hand, if the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 is a feasible mountain (YES in step S607), the process proceeds to step S608. In step S608, the neighborhood search unit 134 determines whether or not the incurred cost (= c j − P j ) for the 1-increased neighborhood mountain m j_np after the change in step S605 is equal to or less than the threshold value TH. As a result of this determination, if the reduced cost (= c j −P j ) for the 1-increased neighborhood mountain m j_np after the change in step S605 is not equal to or less than the threshold TH (NO in step S608), the reduced cost is too large. Therefore, it does not satisfy the above-mentioned necessary condition (the incurred cost (= c j -P j ) is a column near "0 (zero)"). Therefore, the process skips step S609 and proceeds to step S610 described later.

一方、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npに対する被約費用(=cj'-Pj')が閾値TH以下である場合(ステップS608でYESの場合)、処理は、ステップS609に進む。ステップS609において、近傍探索部134は、ステップS605で変更後の1増近傍山mj_npを、1増近傍山集合Cnb_pに追加する。そして、処理は、ステップS610に進む。 On the other hand, when the incurred cost (= c j'-P j' ) for the 1-increased neighborhood mountain m j_np after the change in step S605 is equal to or less than the threshold value TH (YES in step S608), the process is performed in step S609. move on. In step S609, the neighborhood search unit 134 adds the 1-increased neighborhood mountain m j_np changed in step S605 to the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p . Then, the process proceeds to step S610.

ステップS610において、近傍探索部134は、ステップS602で設定した1増近傍山mj_npの初期値の最後の要素mj_np[i](鋼材)まで指定したか否かを判定する。ステップS603の説明において示した具体例では、近傍探索部134は、i=5まで指定したか否かを判定する。この判定の結果、ステップS602で設定した1増近傍山mj_npの初期値の最後の要素mj_np[i](鋼材)まで指定していない場合(ステップS610でNOの場合)、処理は、ステップS611に進む。ステップS611において、近傍探索部134は、ステップS602で設定した1増近傍山mj_npの初期値の要素iのうち、現在指定している要素iの次の要素i+1を指定する。そして、当該要素i+1を現在指定している1増近傍山mj_npの初期値の要素mj_np[i]として、ステップS604以降の処理を行う。 In step S610, the neighborhood search unit 134 determines whether or not up to the last element m j_np [i] (steel material) of the initial value of the 1-increased neighborhood mountain m j_np set in step S602 is specified. In the specific example shown in the description of step S603, the neighborhood search unit 134 determines whether or not i = 5 is specified. As a result of this determination, if the last element m j_np [i] (steel material) of the initial value of the 1-increased neighborhood mountain m j_np set in step S602 is not specified (NO in step S610), the process is step. Proceed to S611. In step S611, the neighborhood search unit 134 designates the element i + 1 next to the currently designated element i among the elements i of the initial values of the 1-increased neighborhood mountain m j_np set in step S602. Then, the processing after step S604 is performed with the element i + 1 as the element m j_np [i] of the initial value of the 1-increasing neighborhood mountain m j_np currently designated.

一方、ステップS602で設定した1増近傍山mj_npの初期値の最後の要素mj_np[i](鋼材)まで指定している場合(ステップS610でYESの場合)、前処理部120で得られた実現可能山mjのうち、現在指定している実現可能山mjから得られる全ての1増近傍山mj_npについて、1増近傍山集合Cnb_pに追加することができるか否かの判定と、追加することができる1増近傍山mj_npの1増近傍山集合Cnb_pへの追加が終了する。従って、処理は、ステップS612に進む。 On the other hand, when the last element m j_np [i] (steel material) of the initial value of the 1-increased neighborhood mountain m j_np set in step S602 is specified (YES in step S610), it is obtained by the pretreatment unit 120. Judgment as to whether or not all the 1-increased neighborhood mountains m j_np obtained from the currently specified feasible mountains m j can be added to the 1-increased neighborhood set C nb_p among the feasible mountains m j . Then, the addition of the 1-increased neighborhood mountain m j_np that can be added to the 1-increased neighborhood mountain set C nb_p is completed. Therefore, the process proceeds to step S612.

ステップS612において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定したか否かを判定する。この判定の結果、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定していない場合(ステップS612でNOの場合)、処理は、ステップS613に進む。ステップS613において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mj(行列Aの列)のうち、現在指定している実現可能山mjの次の実現可能山mj+1(行列Aの第j+1列)を指定する。そして、近傍探索部134は、当該第j+1列の実現可能山mj+1を、現在指定している実現可能山mjとして、ステップS602以降の処理を行う。 In step S612, the neighborhood search unit 134 determines whether or not all of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120 have been designated. As a result of this determination, if all of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120 are not specified (NO in step S612), the process proceeds to step S613. In step S613, the neighborhood search unit 134 currently specifies the realization of the feasible mountain m j (column of the matrix A) included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Specify the next feasible mountain m j + 1 (the j + 1 column of the matrix A) after the possible mountain m j. Then, the neighborhood search unit 134 performs the processing after step S602 with the feasible mountain m j + 1 in the j + 1th column as the currently designated feasible mountain m j .

一方、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定した場合(ステップS612でYESの場合)、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てから得られる全ての1増近傍山mj_npについて、1増近傍山集合Cnb_pに追加することができるか否かの判定と、追加することができる1増近傍山mj_npの1増近傍山集合Cnb_pへの追加が終了する。従って、処理は、図6-2のステップS614に進む。 On the other hand, when all the feasible mountains m j obtained by the pretreatment unit 120 are specified (YES in step S612), all the feasible mountains m j obtained by the pretreatment unit 120 are all specified. Judgment as to whether or not 1 increase neighborhood mountain m j_np can be added to 1 increase neighborhood mountain set C nb_p , and addition of 1 increase neighborhood mountain m j_np that can be added to 1 increase neighborhood mountain set C nb_p . Is finished. Therefore, the process proceeds to step S614 in FIG. 6-2.

ステップS614において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mj(行列Aの列)のうち最初の実現可能山mj(行列Aの第1列(j=1))を指定する。また、近傍探索部134は、1減近傍山集合Cnb_mをφ(空集合)とする。 In step S614, the neighborhood search unit 134 is the first feasible mountain m j of the feasible mountain m j (column of matrix A) included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. (The first column (j = 1) of the matrix A) is specified. Further, the neighborhood search unit 134 sets φ (empty set) as the 1-decreased neighborhood mountain set C nb_m .

次に、ステップS615において、近傍探索部134は、1減近傍山mj_nmの初期値として、前処理部120で得られた実現可能山mjのうち、現在指定している実現可能山mjを設定する。
次に、ステップS616において、近傍探索部134は、ステップS615で設定した1減近傍山mj_nmの初期値の先頭の要素mj_nm[1](鋼材、i=1)を指定する。例えば、鋼材の全体集合Nが、N={1,2,3,4,5}である場合に、全体集合Nの部分集合SjとしてSj={1,3,5}が得られた場合、前処理部120で得られた実現可能山mj(列)は、mj=[1,0,1,0,1]Tになる(Tは転置を表す)。ステップS615において、この前処理部120で得られた実現可能山mj(列)が、1減近傍山mj_nmの初期値として設定され、ステップS617において、mj_nm=[1,0,1,0,1]Tの先頭の要素(i=1の要素)として、「1」が指定される。この場合、i=1、2、3、4、5の要素の値は、それぞれ、1、0、1、0、1となる。
Next, in step S615, the neighborhood search unit 134 uses the feasible mountain m j currently specified among the feasible mountains m j obtained by the pretreatment unit 120 as the initial value of the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm . To set.
Next, in step S616, the neighborhood search unit 134 designates the first element m j_nm [1] (steel material, i = 1) of the initial value of the 1-decreased neighborhood peak m j_nm set in step S615. For example, when the total set N of steel materials is N = {1, 2, 3, 4, 5}, S j = {1, 3, 5} is obtained as the subset S j of the total set N. In this case, the feasible peak m j (column) obtained by the preprocessing unit 120 is m j = [1,0,1,0,1] T (T represents transposition). In step S615, the feasible mountain m j (column) obtained by the pretreatment unit 120 is set as the initial value of the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm , and in step S617, m j_nm = [1,0,1, 0,1] "1" is specified as the first element of T (element of i = 1). In this case, the values of the elements of i = 1, 2, 3, 4, 5 are 1, 0, 1, 0, 1, respectively.

次に、ステップS617において、近傍探索部134は、現在指定している1減近傍山mj_nmの初期値の要素mj_nm[i]の値が「1」であるか否かを判定する。この判定の結果、現在指定している1減近傍山mj_nmの初期値の要素mj_nm[i]の値が「1」でない場合(ステップS617でNOの場合)、当該要素には既に鋼材がないので、処理は、ステップS618~S622を省略して後述するステップS623に進む。 Next, in step S617, the neighborhood search unit 134 determines whether or not the value of the element m j_nm [i] of the initial value of the currently designated 1-decreased neighborhood mountain m j_nm is “1”. As a result of this determination, if the value of the element m j_nm [i], which is the initial value of the currently specified 1-decrease neighborhood mountain m j_nm , is not "1" (NO in step S617), the element already contains steel material. Since there is no such process, the process skips steps S618 to S622 and proceeds to step S623 described later.

一方、現在指定している1減近傍山mj_nmの初期値の要素mj_nm[i]の値が「1」である場合(ステップS617でYESの場合)、処理は、ステップS618に進む。ステップS618において、近傍探索部134は、現在指定している1減近傍山mj_nmの初期値の要素mj_nm[i]の値を「0(ゼロ)」に変更する。 On the other hand, when the value of the element m j_nm [i] of the initial value of the currently designated 1-decreasing neighborhood mountain m j_nm is “1” (YES in step S617), the process proceeds to step S618. In step S618, the neighborhood search unit 134 changes the value of the element m j_nm [i] of the initial value of the currently designated 1-decreased neighborhood mountain m j_nm to “0 (zero)”.

次に、ステップS619において、近傍探索部134は、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1減近傍山集合Cnb_mに含まれているか否かを判定する。この判定の結果、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1減近傍山集合Cnb_mに含まれている場合(ステップS619でYESの場合)、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmを1減近傍山集合Cnb_mに追加する必要はない。従って、処理は、ステップS620~S622を省略して後述するステップS623に進む。 Next, in step S619, in the neighborhood search unit 134, the 1-reduced neighborhood mountain m j_nm changed in step S618 is the set C cg or the 1-reduced neighborhood mountain set of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. It is determined whether or not it is included in C nb_m . As a result of this determination, when the 1-reduced neighborhood mountain m j_nm changed in step S618 is included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120 or the 1-reduced neighborhood mountain set C nb_m . (When YES in step S619), it is not necessary to add the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm after the change in step S618 to the 1-decreased neighborhood mountain set C nb_m . Therefore, the process skips steps S620 to S622 and proceeds to step S623 described later.

一方、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgまたは1減近傍山集合Cnb_mに含まれている場合(ステップS619でNOの場合)、処理は、ステップS620に進む。ステップS620において、近傍探索部134は、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、実現可能山(上載せ禁止制約((17)式を参照)および山高さ制約((18)式を参照)を満足する山)であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、実現可能山でない場合(ステップS620でNOの場合)、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmは、最適な実現可能山mjを得るために必要な実現可能山mjの候補ではない。従って、処理は、ステップS621~S622を省略して後述するステップS623に進む。 On the other hand, when the 1-reduced neighborhood mountain m j_nm changed in step S618 is included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120 or the 1-reduced neighborhood mountain set C nb_m (step S619). If NO), the process proceeds to step S620. In step S620, the neighborhood search unit 134 sets the feasible mountain (mounting prohibition constraint (see equation (17)) and mountain height constraint ((18) equation) for the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm changed in step S618. Refer to) to determine whether or not the mountain) satisfies. As a result of this determination, if the 1-decreased near-mountain m j_nm after the change in step S618 is not a feasible mountain (NO in step S620), the 1-decreased near-mountain m j_nm after the change in step S618 is optimally realized. It is not a candidate for the feasible mountain m j required to obtain the possible mountain m j . Therefore, the process skips steps S621 to S622 and proceeds to step S623 described later.

一方、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmが、実現可能山である場合(ステップS620でYESの場合)、処理は、ステップS621に進む。ステップS621において、近傍探索部134は、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下であるか否かを判定する。この判定の結果、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下でない場合(ステップS621でNOの場合)、被約費用が大きすぎるため、前述した必要条件(被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」近傍の列であること)を満足しない。従って、処理は、ステップS622を省略して後述するステップS623に進む。 On the other hand, when the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm changed in step S618 is a feasible mountain (YES in step S620), the process proceeds to step S621. In step S621, the neighborhood search unit 134 determines whether or not the incurred cost (= c j − P j ) for the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm after the change in step S618 is equal to or less than the threshold value TH. As a result of this determination, if the reduced cost (= c j −P j ) for the 1-decreased neighborhood m j_nm after the change in step S618 is not less than or equal to the threshold TH (NO in step S621), the reduced cost is too large. Therefore, it does not satisfy the above-mentioned necessary condition (the incurred cost (= c j -P j ) is a column near "0 (zero)"). Therefore, the process skips step S622 and proceeds to step S623 described later.

一方、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmに対する被約費用(=cj-Pj)が閾値TH以下である場合(ステップS621でYESの場合)、処理は、ステップS622に進む。ステップS622において、近傍探索部134は、ステップS618で変更後の1減近傍山mj_nmを、1減近傍山集合Cnb_mに追加する。そして、処理は、ステップS623に進む。 On the other hand, when the incurred cost (= c j −P j ) for the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm after the change in step S618 is equal to or less than the threshold value TH (YES in step S621), the process proceeds to step S622. In step S622, the neighborhood search unit 134 adds the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm changed in step S618 to the 1-decreased neighborhood mountain set C nb_m . Then, the process proceeds to step S623.

ステップS623において、近傍探索部134は、ステップS615で設定した1減近傍山mj_nmの初期値の最後の要素mj_nm[i](鋼材)まで指定したか否かを判定する。ステップS616の説明において示した具体例では、近傍探索部134は、i=5まで指定したか否かを判定する。この判定の結果、ステップS615で設定した1減近傍山mj_nmの初期値の最後の要素mj_nm[i](鋼材)まで指定していない場合(ステップS623でNOの場合)、処理は、ステップS624に進む。ステップS624において、近傍探索部134は、ステップS615で設定した1減近傍山mj_nmの初期値の要素iのうち、現在指定している要素iの次の要素i+1を指定する。そして、当該要素i+1を現在指定している1減近傍山mj_nmの初期値の要素mj_nm[i]として、ステップS617以降の処理を行う。 In step S623, the neighborhood search unit 134 determines whether or not the last element m j_nm [i] (steel material) of the initial value of the 1-decreased neighborhood peak m j_nm set in step S615 is specified. In the specific example shown in the description of step S616, the neighborhood search unit 134 determines whether or not i = 5 is specified. As a result of this determination, if the last element m j_nm [i] (steel material) of the initial value of the 1-decreased neighborhood m j_nm set in step S615 is not specified (NO in step S623), the process is step. Proceed to S624. In step S624, the neighborhood search unit 134 designates the next element i + 1 of the currently designated element i among the elements i of the initial value of the 1-decreased neighborhood mountain m j_nm set in step S615. Then, the processing after step S617 is performed with the element i + 1 as the element m j_nm [i] of the initial value of the 1-decreasing neighborhood mountain m j_nm currently designated.

一方、ステップS615で設定した1減近傍山mj_nmの初期値の最後の要素mj_nm[i](鋼材)まで指定している場合(ステップS623でYESの場合)、前処理部120で得られた実現可能山mjのうち、現在指定している実現可能山mjから得られる全ての1減近傍山mj_nmについて、1減近傍山集合Cnb_mに追加することができるか否かの判定と、追加することができる1減近傍山mj_nmの1減近傍山集合Cnb_mへの追加が終了する。従って、処理は、ステップS625に進む。 On the other hand, when the last element m j_nm [i] (steel material) of the initial value of the 1-decreased neighborhood m j_nm set in step S615 is specified (YES in step S623), it is obtained by the pretreatment unit 120. Judgment as to whether or not all the 1-decreased neighborhood mountains m j_nm obtained from the currently specified feasible mountains m j can be added to the 1-decreased neighborhood mountain set C nb_m among the feasible mountains m j . Then, the addition of the 1-reduced neighborhood mountain m j_nm that can be added to the 1-reduced neighborhood mountain set C nb_m is completed. Therefore, the process proceeds to step S625.

ステップS625において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定したか否かを判定する。この判定の結果、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定していない場合(ステップS625でNOの場合)、処理は、ステップS626に進む。ステップS626において、近傍探索部134は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれる実現可能山mj(行列Aの列)のうち、現在指定している実現可能山mjの次の実現可能山mj+1(行列Aの第j+1列)を指定する。そして、近傍探索部134は、当該第j+1列の実現可能山mj+1を、現在指定している実現可能山mjとして、ステップS615以降の処理を行う。 In step S625, the neighborhood search unit 134 determines whether or not all of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120 have been designated. As a result of this determination, if all of the feasible peaks m j obtained by the preprocessing unit 120 are not specified (NO in step S625), the process proceeds to step S626. In step S626, the neighborhood search unit 134 is the realization currently specified among the feasible mountain m j (column of the matrix A) included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. Specify the next feasible mountain m j + 1 (the j + 1 column of the matrix A) after the possible mountain m j. Then, the neighborhood search unit 134 performs the processing after step S615 with the feasible mountain m j + 1 in the j + 1th column as the currently designated feasible mountain m j .

一方、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てを指定した場合(ステップS625でYESの場合)、前処理部120で得られた実現可能山mjの全てから得られる全ての1減近傍山mj_nmについて、1減近傍山集合Cnb_mに追加することができるか否かの判定と、追加することができる1減近傍山mj_nmの1減近傍山集合Cnb_mへの追加が終了する。従って、図6-2の処理が終了し、図5-2のステップS512に進む。 On the other hand, when all the feasible mountains m j obtained by the pretreatment unit 120 are specified (YES in step S625), all the feasible mountains m j obtained by the pretreatment unit 120 are all specified. Judgment as to whether or not 1 reduced neighborhood mountain m j_nm can be added to 1 reduced neighborhood mountain set C nb_m , and addition of 1 reduced neighborhood mountain m j_nm that can be added to 1 reduced neighborhood mountain set C nb_m . Is finished. Therefore, the process of FIG. 6-2 is completed, and the process proceeds to step S512 of FIG. 5-2.

(まとめ)
以上のように本実施形態では、前処理部120は、被約費用(cj-Pi)が「0(ゼロ)」以下である場合に、実現可能山mjの集合C(行列A)に実現可能山mjを追加する。かかる実現可能山mjの追加を、被約費用(cj-Pi)が「0(ゼロ)」を上回るまで繰り返し行う。
(summary)
As described above, in the present embodiment, the pretreatment unit 120 has a set C (matrix A) of feasible peaks m j when the incurred cost (c j − P i ) is “0 (zero)” or less. Add a feasible mountain m j to. The addition of the feasible mountain m j is repeated until the incurred cost (c j − P i ) exceeds “0 (zero)”.

本処理部130は、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに基づいて、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに含まれていない列(実現可能山mj)を探索して、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加する。本処理部130は、このようにして実現可能山mjの集合CLS1に対する原問題P(CLS1)を解くことにより、原問題最適値VP(CLS1)と原問題最適解x[j]を導出する。 The main processing unit 130 is a column not included in the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120 based on the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. (Feasible mountain m j ) is searched and added to the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120. By solving the original problem P (C LS1 ) for the set C LS1 of the feasible mountain m j in this way, the processing unit 130 has the original problem optimum value VP (C LS1 ) and the original problem optimum solution x [j. ] Is derived.

従って、山分け問題に列生成法を適用することができるようになり、実現可能山の候補として可及的に過不足なく実現可能山の候補を列挙することができる(即ち、全ての実現可能山を列挙する必要がなくなる)。従って、特許文献1に記載の技術では、実現化の山を列挙すらできないような大規模な問題であっても、双対ギャップ(離散誤差)がなく厳密に適切な山分け計画を2値制約(0-1制約)に伴う誤差(双対ギャップ)を解消した最適解に基づき確実に作成することができる。 Therefore, it becomes possible to apply the column generation method to the mountain division problem, and it is possible to list the feasible mountain candidates as much as possible as possible as possible feasible mountain candidates (that is, all feasible mountains). No need to enumerate). Therefore, with the technology described in Patent Document 1, even if it is a large-scale problem that cannot even enumerate the peaks of realization, there is no dual gap (discretization error) and a strictly appropriate mountain division plan is binary-constrained (0). It can be reliably created based on the optimum solution that eliminates the error (dual gap) associated with (-1 constraint).

また、発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、列生成法は、これを用いることで線形計画問題の最適解を得られることは保証されているが、集合分割問題の様な0-1整数計画問題に対しては、実行可能解は得られる(最小化問題の場合は解の上限が求まる)ものの、最適解を得られることは必ずしも保証されていない。特許文献2に記載の技術でもこの点は課題として残されたままである。これに対し本実施形態では、本処理部130により、原問題Pの最適解(原問題最適解x[j])を導出することができる。 Also, as explained in the section of the problem to be solved by the invention, the column generation method is guaranteed to obtain the optimum solution of the linear programming problem by using it, but it is similar to the set division problem. For the 0-1 integer programming problem, a feasible solution can be obtained (in the case of a minimization problem, the upper limit of the solution can be obtained), but it is not always guaranteed that the optimum solution can be obtained. This point remains an issue even in the technique described in Patent Document 2. On the other hand, in the present embodiment, the optimum solution of the original problem P (original problem optimum solution x [j]) can be derived by the processing unit 130.

また、列生成法は、繰り返し計算となることから計算時間を要する方法である。このため、山分け計画をリアルタイム制御に利用するには可及的に計算時間を短縮する方法が必要となる場合がある。しかし、特許文献2では、2つの異なる文書に含まれる文の対応関係を求めるようなオフラインで使用する用途を前提としているため、この課題については触れられていない。これに対し本実施形態では、列生成子問題Sを解く際に、(22)式のように、実現可能山mjの列コストcjが、当該実現可能山mjに対する双対コストPj以下(cj≦Pj)であるという制約を追加する。従って、計算時間のかかる列生成子問題Sの計算時間を短縮することができる。 Further, the column generation method is a method that requires a calculation time because it is a repetitive calculation. Therefore, in order to use the mountain division plan for real-time control, a method of shortening the calculation time as much as possible may be required. However, Patent Document 2 does not touch on this issue because it is premised on an offline use such as seeking a correspondence between sentences contained in two different documents. On the other hand, in the present embodiment, when solving the column generator problem S, the column cost c j of the feasible mountain m j is equal to or less than the dual cost P j for the feasible mountain m j as shown in equation (22). Add the constraint that (c j ≤ P j ). Therefore, the calculation time of the column generator problem S, which requires a long calculation time, can be shortened.

また、本実施形態では、本処理部130は、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算した値が「1」を下回る場合には、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgにより、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適解の求解に十分な列が得られているものとして、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに列(実現可能山mj)を追加する処理を行わない。従って、本処理部130における処理負荷を軽減することができる。 Further, in the present embodiment, the processing unit 130 is a preprocessing unit when the value obtained by subtracting the dual optimum value V D (C cg ) from the original problem optimum value VP (C cg) is less than "1". The set C cg of the feasible mountain m j obtained in 120 provides a sufficient sequence for finding the optimum solution of the original problem P (C all ) for the set C all of all the feasible mountain m j . As a result, the process of adding a column (realizable mountain m j ) to the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 is not performed. Therefore, the processing load in the processing unit 130 can be reduced.

また、本実施形態では、本処理部130は、前処理部120で得られた実現可能山mjのそれぞれについて、実現可能山mjの「0(ゼロ)」の要素の何れか1つを「1」とする実現可能山mj_np(1増近傍山mj_np)と、前処理部120で得られた実現可能山mjのそれぞれについて、実現可能山mjの「1」の要素の何れか1つを「0(ゼロ)」とする実現可能山mj_nm(1減近傍山mj_nm)とを探索する。従って、山分け計画の精度を大きく落とすことなく、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加する列の探索する範囲を制限することができる。よって、本処理部130における処理負荷を軽減することができる。 Further, in the present embodiment, the main processing unit 130 sets any one of the "0 (zero)" elements of the feasible mountain m j for each of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120. Which of the elements of "1" of the feasible mountain m j for each of the feasible mountain m j_np (1 increase neighborhood mountain m j_np ) and the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120? Search for a feasible mountain m j_nm (mountain near 1 reduction m j_nm ) where one of them is "0 (zero)". Therefore, it is possible to limit the search range of the column to be added to the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the preprocessing unit 120 without significantly reducing the accuracy of the mountain division plan. Therefore, the processing load in the processing unit 130 can be reduced.

(変形例)
<変形例1>
本実施形態では、近傍探索部134は、1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmを探索し、探索した1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmを、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに追加して、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1とする場合を例に挙げて説明した。近傍探索部134における局所探索法は、生成された列(実現可能山mj)に対し、何度も適用することができる。
(Modification example)
<Modification 1>
In the present embodiment, the neighborhood search unit 134 searches for 1 increase neighborhood mountain m j_np and 1 decrease neighborhood mountain m j_nm , and 1 increase neighborhood mountain m j_np and 1 decrease neighborhood mountain m j_nm are searched by the pretreatment unit 120. The case where the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130 is added to the set C cg of the obtained feasible mountain m j has been described as an example. The local search method in the neighborhood search unit 134 can be applied many times to the generated sequence (realizable mountain m j ).

図7は、局所探索法による近傍探索を繰り返し行うことにより、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1、CLS2、・・・、CLSnが増加する様子の一例を概念的に示す図である。
図7において、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS2は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に対する1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mを探索して、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に追加することにより得られる。具体的に、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS2は、<近傍探索部134>および図6-1、図6-2のフローチャートの説明において、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgを、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1を、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS2にそれぞれ置き替えることにより得られる。同様に、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLSnは、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLSn-1に対する1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mを探索して、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLSn-1に追加することにより得られる。
FIG. 7 shows an example of how the sets C LS1 , C LS2 , ..., C LS n of the feasible peaks m j obtained by the processing unit 130 increase by repeatedly performing the neighborhood search by the local search method. It is a figure which shows conceptually.
In FIG. 7, the set C LS2 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130 is the set C nb_p and 1 of the near-increased mountain set C LS1 with respect to the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130. It is obtained by searching the reduced neighborhood mountain set C nb_m and adding it to the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130. Specifically, the set C LS2 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130 is the preprocessing unit 120 in the description of the <neighborhood search unit 134> and the flowcharts of FIGS. 6-1 and 6-2. The obtained set C cg of the feasible mountain m j is added to the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130, and the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130. Is replaced with the set C LS2 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130, respectively. Similarly, the set C LSn of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130 is the set C nb_p and the neighboring mountain set C nb_p with respect to the set C LSn-1 of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130. It is obtained by searching for the set C nb_m of 1 reduced neighborhood mountains and adding it to the set C LSn-1 of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130.

前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgから見れば、前処理部120で得られた実現可能山mjの集合Ccgに対して追加される1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mは、第1近傍列、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に対して追加される1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山集合Cnb_mは、第2近傍列となる。この場合の第n近傍列のn(本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1、CLS2、・・・、CLSnのn)としては、例えば、実現可能山mjのサイズ(要素数)を採用することができる。 Seen from the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120, the set of 1 increase neighborhood mountain m j added to the set C cg of the feasible mountain m j obtained by the pretreatment unit 120 C The nb_p and the 1-decreasing neighborhood mountain set C nb_m are the 1-increasing neighborhood mountain set C nb_p and the 1-decreasing neighborhood that are added to the set C LS1 of the feasible mountain m j obtained by the first neighborhood column, this processing unit 130. The mountain set C nb_m is the second neighborhood row. In this case, n of the n-th neighborhood column (n of the set C LS1 , C LS2 , ..., C LSn of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130) is, for example, the feasible mountain m j . Size (number of elements) can be adopted.

例えば、<近傍探索部134>の項で示した具体例のように、前処理部120で得られた実現可能山mj(列)が、mj=[1,0,1,0,1]Tであるとする。この場合、第1近傍列は、<近傍探索部134>の項で示した具体例の1増近傍山mj_npおよび1減近傍山mj_nmになる(mj_np=[1,1,1,0,1]T,[1,0,1,1,1]T、mj_nm=[0,0,1,0,1]T,[1,0,0,0,1]T,[1,0,1,0,0]T)。これらについての第2近傍列(第1近傍列に対する1増近傍山集合Cnb_pおよび1減近傍山mj_nm)は、mj_np=[1,1,1,1,1]T、mj_nm=[0,0,0,0,1]T,[0,0,1,0,0]T,[1,0,0,0,0]Tである。この場合、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS2には、前処理部120で得られた実現可能山mj(列)と、第1近傍列と、第2近傍列とが含まれる。 For example, as in the specific example shown in the section of <Neighborhood search unit 134>, the feasible mountain m j (column) obtained by the preprocessing unit 120 is m j = [1,0,1,0,1. ] T. In this case, the first neighborhood column becomes 1 increase neighborhood mountain m j_np and 1 decrease neighborhood mountain m j_nm in the specific example shown in the section of <neighborhood search unit 134> (m j_np = [1,1,1,0). , 1] T , [1,0,1,1,1] T , m j_nm = [0,0,1,0,1] T , [1,0,0,0,1] T , [1, 0,1,0,0] T ). The second neighborhood column (1 increase neighborhood mountain set C nb_p and 1 decrease neighborhood mountain m j_nm with respect to the 1st neighborhood column) is m j_np = [1,1,1,1,1] T , m j_nm = [ 0,0,0,0,1] T , [0,0,1,0,0] T , [1,0,0,0,0] T. In this case, the set C LS2 of the feasible mountain m j obtained by the main processing unit 130 includes the feasible mountain m j (row) obtained by the preprocessing unit 120, the first neighborhood row, and the second neighborhood. Contains columns and.

図8は、図2および図4に示した結果と同一の鋼材情報を用いて、本処理部130において前述した第2近傍列まで求める処理を行った結果の一例を表形式で示す図である。図8において、「Data」は、10通りの鋼材情報の識別番号であり、図2、図4に示した「Data」に対応する。|CLS1|は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1に含まれる実現可能山mj(列)の数であり、図4に示した|CLS1|に対応する。|CLS1|は、前述した第1近傍列まで探索することにより得られる実現可能山mj(列)の数である。VP(CLS1)は、本処理原問題導出部135により導出された原問題最適値VP(CLS1)であり、図4に示したVP(CLS1)に対応する。 FIG. 8 is a diagram showing in a table format an example of the result of performing the above-mentioned processing up to the second neighborhood row in the processing unit 130 using the same steel material information as the results shown in FIGS. 2 and 4. .. In FIG. 8, “Data” is an identification number of 10 types of steel material information, and corresponds to “Data” shown in FIGS. 2 and 4. | C LS1 | is the number of feasible peaks m j (columns) included in the set C LS1 of feasible peaks m j obtained by this processing unit 130, and corresponds to | C LS1 | shown in FIG. do. | C LS1 | is the number of feasible peaks m j (column) obtained by searching up to the first neighborhood column described above. The VP (C LS1 ) is the original problem optimum value VP (C LS1 ) derived by the processing original problem deriving unit 135, and corresponds to the VP (C LS1 ) shown in FIG.

|CLS2|は、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS2に含まれる実現可能山mj(列)の数である。|CLS2|は、前述した第2近傍列まで探索することにより得られる実現可能山mj(列)の数である。VP(CLS2)は、本処理原問題導出部135により導出された原問題最適値VP(CLS2)である。|Call|は、全ての実現可能山mjの集合Callに含まれる実現可能山mj(列)の数であり、図4に示した|Call|に対応する。VP(Call)は、全ての実現可能山mjの集合Callに対する原問題P(Call)の最適値(即ち、真の最適値)であり、図2、図4に示したVP(Call)に対応する。相対誤差は、真の最適値VP(Call)に対する、原問題最適値VP(CLS2)の相対誤差(={(VP(CLS1)-VP(Call))÷VP(Call)}×100または{(VP(CLS2)-VP(Call))÷VP(Call)}×100)を示す。尚、「/」は、前述した第2近傍列まで探索していないことを示す。 | C LS2 | is the number of feasible peaks m j (columns) included in the set C LS2 of feasible peaks m j obtained by the processing unit 130. | C LS2 | is the number of feasible peaks m j (column) obtained by searching up to the second neighborhood column described above. VP (C LS2 ) is the original problem optimum value VP (C LS2 ) derived by the processing original problem deriving unit 135. | C all | is the number of feasible mountains m j (columns) included in the set C all of all feasible mountains m j , and corresponds to | C all | shown in FIG. VP (C all) is the optimum value (that is, the true optimum value) of the original problem P (C all ) for the set C all of all feasible peaks m j , and is V shown in FIGS. 2 and 4. Corresponds to P (C all ). The relative error is the relative error of the original problem optimum value VP (C LS2 ) with respect to the true optimum value VP (C all ) (= {( VP (C LS1 ) -VP (C all ))) ÷ VP (C all )} × 100 or {(VP (C LS2 ) -VP (C all )) ÷ VP (C all )} × 100) is shown. In addition, "/" indicates that the search is not performed up to the second neighborhood column described above.

図4に示したように、Data1、5、7の鋼材情報に対しては、前述した第1近傍列までの探索では、相対誤差が残った。これに対し、図8に示すように、前述した第2近傍列まで探索すると、Data1、5、7の鋼材情報に対する相対誤差が「0(ゼロ)」になることが分かる。また、Data1、5、7の原問題最適値VP(CLS2)は、真の最適値VP(Call)に一致し、全ての鋼材情報について、原問題最適値VP(CLS1)またはVP(CLS2)は、真の最適値VP(Call)に一致することが分かる。 As shown in FIG. 4, for the steel material information of Data1, 5, and 7, a relative error remained in the above-mentioned search up to the first neighborhood row. On the other hand, as shown in FIG. 8, when the above-mentioned second neighborhood row is searched, it can be seen that the relative error with respect to the steel material information of Data1, 5, and 7 becomes "0 (zero)". In addition, the original problem optimum value VP (C LS2 ) of Data1 , 5, and 7 matches the true optimum value VP (C all ), and the original problem optimum value VP (C LS1 ) is used for all steel material information. Alternatively, it can be seen that VP (C LS2 ) matches the true optimum value VP (C all ).

以上の他、既に得られている実現可能山mjの集合CLSnに含まれる実現可能山mjの最上段、最下段、および、隣接する2つの鋼材の間の少なくとも1つのうち、少なくとも何れか1つに、鋼材を少なくとも1つ追加した実現可能山mjであって、原問題P(C)の最適解を構成する実現可能山mjの候補となり得る実現可能山mjであれば、追加する鋼材の数や位置は、特に限定されない。また、既に得られている実現可能山mjの集合CLSnに含まれる実現可能山mjの少なくとも1つを取り除いた実現可能山mjであって、原問題P(C)の最適解を構成する実現可能山mjの候補となり得る実現可能山mjであれば、取り除く鋼材の数や位置は、特に限定されない。 In addition to the above, at least one of the top, bottom, and at least one of the two adjacent steel materials included in the set CLSn of the feasible peak m j that has already been obtained. If it is a feasible mountain m j with at least one steel material added, and it is a feasible mountain m j that can be a candidate for a feasible mountain m j that constitutes the optimum solution of the original problem P (C). , The number and position of steel materials to be added are not particularly limited. Further, it is a feasible mountain m j obtained by removing at least one of the feasible mountain m j included in the set C LSn of the feasible mountain m j that has already been obtained, and the optimum solution of the original problem P (C) is obtained. The number and position of the steel materials to be removed are not particularly limited as long as the feasible mountain m j can be a candidate for the feasible mountain m j to be constructed.

<変形例2>
列生成法では、繰り返し処理(ステップS503~S507)があるので、この繰り返し処理を高速に行うことが全体の処理時間を短くすることにつながる。この繰り返し処理内での主たる計算は、双対問題D(C)を解くための計算(ステップS503)と列生成子問題Sを解くための計算(ステップS504)である。列生成子問題Sは、0-1整数計画問題であるので、線形計画問題である双対問題D(C)よりも一般的に計算時間を要する。
<Modification 2>
In the column generation method, since there is an iterative process (steps S503 to S507), performing this iterative process at high speed leads to shortening the overall processing time. The main calculations in this iterative process are a calculation for solving the dual problem D (C) (step S503) and a calculation for solving the column generator problem S (step S504). Since the column generator problem S is a 0-1 integer programming problem, it generally requires more calculation time than the dual programming problem D (C), which is a linear programming problem.

そこで、本実施形態では、列生成子問題Sを解く際の好ましい例として、(22)式の制約式を追加することにより、列生成子問題Sの計算時間を短縮する場合を説明した。しかしながら、列生成子問題Sの計算時間を短縮する手法は、このような手法に限定されない。例えば、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップを、列生成子問題S(ステップS504)を実行する度に調整してもよい。 Therefore, in the present embodiment, as a preferable example when solving the column generator problem S, a case where the calculation time of the column generator problem S is shortened by adding the constraint equation of the equation (22) has been described. However, the method for shortening the calculation time of the column generator problem S is not limited to such a method. For example, the dual gap, which is a condition for discontinuing the calculation of the column generator problem S, may be adjusted each time the column generator problem S (step S504) is executed.

列生成子問題Sでは、双対問題D(C)を解くことにより得られた双対解psol[i]を用いて、被約費用(=cj-Pj)を最小化する問題を解く。双対解psol[i]の精度は、前述した繰り返し処理(ステップS503~S507)が進行し、実現可能山mj(列)の集合Cに追加される実現可能山mjが増えるほど高まり、それに伴い、列生成子問題Sの最適解となる実現可能山mj(列)の被約費用(=cj-Pj)も「0(ゼロ)」に収束する。つまり、前述した繰り返し処理(ステップS503~S507)の繰り返し回数が少ない初期の段階では、双対解psol[i]の精度の低いため、列生成子問題Sの最適精度を求めるのは、非効率である。 In the column generator problem S, the problem of minimizing the incurred cost (= c j − P j ) is solved by using the dual solution p sol [i] obtained by solving the dual problem D (C). The accuracy of the dual solution p sol [i] increases as the above-mentioned iterative processing (steps S503 to S507) progresses and the number of feasible mountains m j added to the set C of the feasible mountains m j (column) increases. Along with this, the reduced cost (= c j − P j ) of the feasible mountain m j (column), which is the optimum solution of the column generator problem S, also converges to “0 (zero)”. That is, in the initial stage where the number of repetitions of the above-mentioned iterative processing (steps S503 to S507) is small, the accuracy of the dual solution p sol [i] is low, so it is inefficient to obtain the optimum accuracy of the column generator problem S. Is.

一方、前述した繰り返し処理(ステップS503~S507)の繰り返し回数が多くなるほど、列生成部123で計算される最適解(山構成鋼材有無変数mj[i])から得られる実現可能山mjが、原問題Pの真の最適解の構成要素となる可能性が高まるので、双対解psol[i]の精度を高めることが求められる。従って、前回の計算において列生成部123で列生成子問題Sの最適解に基づいて得られる被約費用(=cj-Pj)に応じて、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップ({(上界値-下界値)÷上界値})を設定すればよい。 On the other hand, as the number of repetitions of the above-mentioned iterative processing (steps S503 to S507) increases, the feasible mountain m j obtained from the optimum solution (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [i]) calculated by the column generation unit 123 becomes larger. Since the possibility of becoming a component of the true optimum solution of the original problem P increases, it is required to improve the accuracy of the dual solution p sol [i]. Therefore, the condition for discontinuing the calculation of the column generator problem S according to the incurred cost (= c j − P j ) obtained by the column generator 123 based on the optimum solution of the column generator problem S in the previous calculation. The dual gap ({(upper bound value-lower bound value) ÷ upper bound value}) may be set.

この場合、列生成子問題Sの計算では、双対ギャップが必ずしも「0(ゼロ)」とならなくとも、以下の(25)式に示すようにして、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップの値GSを設定し、双対ギャップがGS(GS以下)となった時点で、列生成子問題Sの計算を打ち切るのが、処理時間を低減する観点から、好ましい。 In this case, in the calculation of the column generator problem S, even if the dual gap is not necessarily "0 (zero)", the condition for discontinuing the calculation of the column generator problem S is as shown in the following equation (25). It is preferable to set the value G S of the dual gap to be, and stop the calculation of the column generator problem S when the dual gap becomes G S ( GS or less) from the viewpoint of reducing the processing time.

Figure 0007024580000025
Figure 0007024580000025

(25)式において、|rcprv/k1|は、前回のステップS504の計算において導出される値であり、列生成子問題Sの求解結果である決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])から求まる被約費用rcprv(=cj-Pj)をk1で割った値の絶対値である。なお、k1は、(4)式あるいは(19)式で用いた原問題P(C)の目的関数において、山数の評価に対する重み係数k1であり、もう一つの評価である仮置き数との相対的な比重により決められたものである。
例えば、列生成部123は、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップの値GS[%]を、(25)式に従って設定する。そして、列生成部123は、被約費用の絶対値|rcprv/k1|が、予め定められた閾値THSを上回る場合には、列生成子問題Sの計算を打ち切るための双対ギャップの値GSとして「1(=100%)」を用い、被約費用の絶対値|rcprv/k1|が、予め定められた閾値THS以下である場合には、列生成子問題Sの計算を打ち切るための双対ギャップの値GSとして、α・|rcprv/k1|を用いる。
In the equation (25), | rc prv / k 1 | is a value derived in the calculation of the previous step S504, and is a determinant variable (mountain-constituting steel material presence / absence variable m j [) which is a solution result of the column generator problem S. The value obtained by dividing the incurred cost rc prv (= c j − P j ) obtained from i], the steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and the temporary placement variable t [i]) by k 1 . It is an absolute value. In addition, k 1 is a weighting coefficient k 1 for the evaluation of the number of peaks in the objective function of the original problem P (C) used in the equation (4) or the equation (19), and is another evaluation, the temporary placement number. It is determined by the relative weight of.
For example, the column generator 123 sets the value G S [%] of the dual gap, which is a condition for terminating the calculation of the column generator problem S, according to the equation (25). Then, when the absolute value | rc prv / k 1 | of the incurred cost exceeds the predetermined threshold TH S , the column generator 123 determines the dual gap for discontinuing the calculation of the column generator problem S. When "1 (= 100%)" is used as the value G S and the absolute value | rc prv / k 1 | of the incurred cost is equal to or less than the predetermined threshold TH S , the column generator problem S As the value G S of the dual gap for discontinuing the calculation, α · | rc prv / k 1 | is used.

この方法では、閾値THSの設定が重要で、例えばTHS=0.05程度とする。つまり、被約費用が、重み係数k1の数%まで小さくなったら、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップの値GSをα・|rcprv/k1|に切り替えるのが妥当である。閾値THSを大きくすると切り替えが早まり、計算時間は長くなるが解の精度は良くなる。一方、閾値THSを小さくしすぎるとその逆の現象が起こる。また、αは、基本的には1で良いが、0.5<α<1.5程度の範囲で微調整に用いる。 In this method, it is important to set the threshold value TH S , for example, TH S = 0.05. That is, when the incurred cost becomes small to a few percent of the weighting coefficient k 1 , the value G S of the dual gap, which is a condition for terminating the calculation of the column generator problem S, is switched to α · | rc prv / k 1 |. Is appropriate. Increasing the threshold TH S speeds up the switching and increases the calculation time, but improves the accuracy of the solution. On the other hand, if the threshold TH S is made too small, the opposite phenomenon occurs. Further, α may be basically 1 but is used for fine adjustment in the range of about 0.5 <α <1.5.

ここで、双対ギャップを規定する上界値及び下界値は、列生成部123(図5-1のステップS504)で列生成子問題Sを解く際に得られる上界値及び下界値である。上界値は、列生成子問題Sの実行可能解のうちの最良の解(最適解)を(21)式の目的関数JSに与えたときの当該目的関数JSの値である。下界値は、列生成子問題Sを分枝限定法等により解く際に使用する線形緩和問題の解のうち最も悪い解(最大値)を当該線形緩和問題の目的関数に与えたときの当該目的関数の値である。 Here, the upper bound value and the lower bound value that define the dual gap are the upper bound value and the lower bound value obtained when the column generator problem S is solved by the column generator 123 (step S504 in FIG. 5-1). The upper bound value is the value of the objective function J S when the best solution (optimal solution) of the executable solutions of the column generator problem S is given to the objective function J S of the equation (21). The lower bound value is the purpose when the worst solution (maximum value) of the solutions of the linear relaxation problem used when solving the column generator problem S by the branch-and-bound method is given to the objective function of the linear relaxation problem. The value of the function.

列生成部123は、図5-1のステップS504で列生成子問題Sを解く際に、双対ギャップを導出する。また、列生成部123は、(25)式の計算を行うことにより、列生成子問題Sの計算の打ち切りの条件となる双対ギャップの値GSを導出して記憶する。列生成部123は、前回の列生成子問題Sの計算時に導出した双対ギャップが、(25)式の計算を行うことにより導出した双対ギャップの値GSになった時点で、列生成子問題Sの計算を打ち切り、その時点で得られている解(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を最適解とする。
尚、被約費用(=cj-Pj)が「0(ゼロ)」を超える状態で列生成子問題Sの計算が完了しないように、(22)式の制約式を加えた上で、本変形例2で説明した処理を行ってもよい。
The column generator 123 derives a dual gap when solving the column generator problem S in step S504 of FIG. 5-1. Further, the column generation unit 123 derives and stores the value G S of the dual gap, which is a condition for discontinuing the calculation of the column generator problem S, by performing the calculation of the equation (25). The column generator 123 determines the column generator problem when the dual gap derived at the time of the previous calculation of the column generator problem S becomes the value G S of the dual gap derived by performing the calculation of the equation (25). The calculation of S is discontinued, and the solution obtained at that time (mountain composition steel material presence / absence variable m j [i], steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and temporary placement presence / absence variable t [i]) Is the optimum solution.
In addition, the constraint equation of Eq. (22) is added so that the calculation of the column generator problem S is not completed when the incurred cost (= c j -P j ) exceeds "0 (zero)". The process described in the second modification may be performed.

<変形例3>
前述したように、仮置き有無変数t[i]を用いれば、仮置き数を厳密に評価することができるので好ましい。しかしながら、仮置き有無変数t[i]を用いずに、鋼材上下関係変数y[i1][i2]により、仮置き数を評価してもよい。このようにする場合、例えば、(16)式(仮置き変数定義制約式)は不要になる。また、(19)式の右辺第2項、(21)式の右辺第1項、および(22)式の左辺第2項の「k2・ΣiNt[i]」を「k2・Σ[i1,i2]Ry[i1][i2]」とする。
<Modification 3>
As described above, it is preferable to use the temporary placement variable t [i] because the number of temporary placements can be strictly evaluated. However, the temporary placement number may be evaluated by the steel material vertical relation variables y [i 1 ] [i 2 ] without using the temporary placement presence / absence variable t [i]. In this case, for example, the equation (16) (temporary variable definition constraint equation) becomes unnecessary. Further, "k 2 · Σ iN t [i]" of the right-hand side second term of the equation (19), the right-hand side first term of the equation (21), and the left-hand side second term of the equation (22) is "k 2 ".・ Σ [i1, i2]R y [i 1 ] [i 2 ] ”.

<変形例4>
本実施形態では、原問題P(C)が最小化問題である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、原問題Pは、最大化問題であってもよい。原問題P(C)を最小化問題から最大化問題に変更することは、本実施形態の説明から容易に類推することができるが、以下に概要を説明する。
<Modification example 4>
In this embodiment, the case where the original problem P (C) is a minimization problem has been described as an example. However, the original problem P may be a maximization problem. Changing the original problem P (C) from the minimization problem to the maximization problem can be easily inferred from the explanation of the present embodiment, but the outline will be described below.

まず、原問題P(C)の目的関数は、列コストcjの総和が最大になるように実現可能山mjを選択することを目的とする関数であり、(3)式に代えて以下の(3´)式が用いられる。また、双対問題D(C)の制約式、目的関数として、(9)式、(11)式に代えて、それぞれ以下の(9´)式、(11´)式が用いられる。即ち、双対問題D(C)では、(9´)式の制約式を満足する範囲で(11´)式の目的関数Jの値を最小にする双対変数p[i]を、双対問題Dの最適解として導出する。また、列生成子問題Sの目的関数として、(21)式に代えて以下の(21´)式が用いられる。即ち、列生成子問題Sでは、(13)式~(18)式、(22)式の制約式を満足する範囲で(21´)式の目的関数JSの値を最大にする決定変数(山構成鋼材有無変数mj[i]、鋼材上下関係変数y[i1][i2]、および仮置き有無変数t[i])を導出する。そして、ステップS505では、列判定部124は、被約費用(=Pj-cj)が「0」「0(ゼロ)」以下であるか否かを判定することになる。尚、実現可能山mjの列コストcjも最大化問題に合わせて定式化される。 First, the objective function of the original problem P (C) is a function that aims to select the feasible mountain m j so that the sum of the column costs c j is maximized. (3') is used. Further, as the constraint equation and the objective function of the dual problem D (C), the following equations (9') and (11') are used instead of the equations (9) and (11), respectively. That is, in the dual problem D (C), the dual variable p [i] that minimizes the value of the objective function J in the equation (11') within the range satisfying the constraint equation in the equation (9') is set in the dual problem D. Derived as the optimal solution. Further, as the objective function of the column generator problem S, the following equation (21') is used instead of the equation (21). That is, in the column generator problem S, the determination variable (which maximizes the value of the objective function J S of the equation (21') within the range satisfying the constraint equations of the equations (13) to (18) and (22). Derivation of the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i], the steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ], and the temporary placement presence / absence variable t [i]). Then, in step S505, the column determination unit 124 determines whether or not the incurred cost (= P j −c j ) is “0” or “0 (zero)” or less. The column cost c j of the feasible mountain m j is also formulated according to the maximization problem.

Figure 0007024580000026
Figure 0007024580000026

<変形例5>
本実施形態では、鋼材を搬送の対象とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、対象材は、必ずしも鋼材である必要はない。例えば、鋼材の代わりに、アルミニウム、チタン、または銅等の金属材を製造する金属製造プロセスに本実施形態を適用することができる。この場合、前述した説明において「鋼材」を「アルミニウム材」等の「金属材」に置き換えることができる。
また、工程間の置場として、2つの製造工程間の置場を対象とし、金属材として、半製品を対象としてもよいし、工程間の置場として、製造工程と出荷工程の間の置場を対象とし、金属材として、最終製品を対象としてもよい。この際に、複数の金属材をコンテナに収容して輸送、配置する場合には、金属材が収容されたコンテナを1つの鋼材として取り扱ってもよい。さらに、工程間の置場としては、金属製造プロセスにおける置場に限定されるものでなく、一般的な工程間の物流、搬送を対象としてもよい。物流分野では内容物に限定されずコンテナの搬送、配置でも適用できる。
<Modification 5>
In this embodiment, a case where a steel material is to be transported has been described as an example. However, the target material does not necessarily have to be a steel material. For example, the present embodiment can be applied to a metal manufacturing process for manufacturing a metal material such as aluminum, titanium, or copper instead of a steel material. In this case, the "steel material" can be replaced with a "metal material" such as an "aluminum material" in the above description.
Further, as a storage space between processes, a storage space between two manufacturing processes may be targeted, a semi-finished product may be targeted as a metal material, and a storage space between manufacturing processes and a shipping process may be targeted as a storage space between processes. , As a metal material, the final product may be targeted. At this time, when a plurality of metal materials are housed in a container for transportation and arrangement, the container containing the metal materials may be treated as one steel material. Further, the storage space between processes is not limited to the storage space in the metal manufacturing process, and may be targeted for general distribution and transportation between processes. In the field of logistics, it can be applied not only to the contents but also to the transportation and arrangement of containers.

(実施例)
次に、実施例を説明する。本実施例では、特許文献1に記載の技術を用いた場合には、実現可能山を列挙できないような問題、および、実現可能山は列挙できるが、その後の集合分割問題が求解できないような問題について、本実施形態の手法を適用し、その効果を調べた。ここで、実現可能山を列挙できないとは、実現可能山を列挙する計算過程で主メモリの容量が上限に達し、計算続行が不可能になることを指す。また、集合分割問題が求解できないとは、最適解の計算過程で主メモリの容量が上限に達し、計算続行が不可能になることを指す。
(Example)
Next, an embodiment will be described. In this embodiment, when the technique described in Patent Document 1 is used, a problem that the feasible mountains cannot be listed and a problem that the feasible mountains can be listed but the subsequent set partitioning problem cannot be solved. The method of this embodiment was applied and the effect was investigated. Here, the fact that the feasible mountains cannot be enumerated means that the capacity of the main memory reaches the upper limit in the calculation process for enumerating the feasible mountains, and the calculation cannot be continued. Further, the fact that the set partitioning problem cannot be solved means that the capacity of the main memory reaches the upper limit in the calculation process of the optimum solution, and the calculation cannot be continued.

本実施例では、以下の計算環境で計算を行った。
プロセッサ:Intel(登録商標)Xeon(登録商標)CPU E5-2687W@3.1GHz(2プロセッサ)
実装メモリ(RAM):128GB
OS:Windows7(登録商標) Professional 64ビットオペレーションシステム
最適計算ソフト:ILOG CPLEX(登録商標) Cplex11.0 Concert25
In this example, the calculation was performed in the following calculation environment.
Processor: Intel (registered trademark) Xeon (registered trademark) CPU E5-2687W@3.1GHz (2 processors)
Mounted memory (RAM): 128GB
OS: Windows7 (registered trademark) Professional 64-bit operation system Optimal calculation software: ILOG CPLEX (registered trademark) Cplex11.0 Concert25

図9に、山分け計画の作成結果の一例を示す。ここでは、全体集合Nの要素の数nが50(n=50)の、相互に異なる16通りの鋼材情報について、本実施形態で説明した手法(つまり、第1近傍列まで近傍探索する手法)と、特許文献1に記載の手法とを比較した。計算時間が300秒になっても最適解が得られなかった場合には、その時点で計算を打ち切った。このように計算を打ち切った場合、当該計算を打ち切った時点で得られている解と最適解とのギャップ(={(上界値-下界値)÷上界値}×100)により解を評価するものとした。 FIG. 9 shows an example of the creation result of the mountain division plan. Here, the method described in this embodiment for 16 different types of steel material information in which the number n of elements n of the total set N is 50 (n = 50) (that is, a method of searching the neighborhood up to the first neighborhood row). And the method described in Patent Document 1 were compared. If the optimum solution was not obtained even after the calculation time reached 300 seconds, the calculation was terminated at that point. When the calculation is discontinued in this way, the solution is evaluated by the gap between the solution obtained at the time of discontinuing the calculation and the optimum solution (= {(upper bound value-lower bound value) ÷ upper bound value} × 100). I decided to do it.

図9において、「Data」は、16通りの鋼材情報の識別番号である。比較例は、特許文献1に記載の手法による結果であることを示し、発明例は、本実施形態で説明した手法による結果であることを示す。時間は、計算時間を示し、ギャップは、前述した、計算を打ち切った時点で得られている解と最適解とのギャップを示す。「Av.」は、平均値を示す。また、「A.T」は、制限時間である300秒以内に実行可能解が得られなかったことを示し、「L.M」は、メモリ不足のために計算ができなかったことを示す。 In FIG. 9, "Data" is an identification number of 16 kinds of steel material information. The comparative example shows that it is the result by the method described in Patent Document 1, and the invention example shows that it is the result by the method described in this embodiment. The time indicates the calculation time, and the gap indicates the gap between the solution obtained at the time when the calculation is terminated and the optimum solution described above. "Av." Indicates an average value. Further, "AT" indicates that a feasible solution could not be obtained within the time limit of 300 seconds, and "LM" indicates that the calculation could not be performed due to insufficient memory.

図9において、Data2、6~10、16は、特許文献1に記載の手法では解すら得られない難問題であったが、本実施形態の手法では、実行可能解が求められ、殆どのケースで最適解が得られていることが分かる。
以上のように本実施形態の手法では、山分け問題に集合分割問題を適用する際、メモリ不足等により、実現可能山mj(列)の列挙すらできない様な大規模な問題に対し、列生成法を適用することが分かる。また、前述したように、列生成法を、山分け問題のような0-1整数計画問題に適用する際には、0-1条件に起因する誤差が避けられない(図2に示した相対誤差を参照)。これに対し、本実施形態の手法では、列生成処理で得られた列群の近傍にある最適解候補列を効率的に探索することにより、実操業の規模の問題にも対応することができ、大規模な問題に対しても、最適な山分け計画を立案することができる。
In FIG. 9, Data 2, 6 to 10, 16 are difficult problems that cannot be solved even by the method described in Patent Document 1, but in the method of the present embodiment, a feasible solution is required, and in most cases, a feasible solution is required. It can be seen that the optimum solution is obtained.
As described above, in the method of this embodiment, when applying the partitioning problem to the partitioning problem, column generation is performed for a large-scale problem in which the feasible mountain m j (column) cannot be listed due to lack of memory or the like. It turns out that the law applies. Further, as described above, when the column generation method is applied to a 0-1 integer programming problem such as a mountain division problem, an error due to the 0-1 condition is unavoidable (relative error shown in FIG. 2). See). On the other hand, in the method of the present embodiment, it is possible to deal with the problem of the scale of the actual operation by efficiently searching for the optimum solution candidate column in the vicinity of the column group obtained by the column generation process. , It is possible to formulate an optimal mountain division plan even for large-scale problems.

図10は、本実施形態で説明した手法と、<変形例2>に記載の手法における計算時間の一例を表形式で示す図である。ここでは、それぞれの手法において最適解が得られるまで計算を行った。
図10において、「Data」は、鋼材情報の識別番号であり、図9に示した「Data」に対応する。発明例1は、本実施形態の手法における計算時間(秒)を示す。即ち、発明例1では、(25)式を用いていない。発明例2は、<変形例2>に記載の手法における計算時間(秒)を示す。発明例2では、双対ギャップが(25)式に示すGSとなった時点で、列生成子問題Sの計算を打ち切る。
図10に示すように、<変形例2>に記載の手法を適用することで、計算時間を半分程度に短縮することができることが分かる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the calculation time in the method described in the present embodiment and the method described in <Modification 2> in a table format. Here, calculations were performed until the optimum solution was obtained for each method.
In FIG. 10, “Data” is an identification number of steel material information and corresponds to “Data” shown in FIG. The first aspect of the invention shows the calculation time (seconds) in the method of the present embodiment. That is, in Invention Example 1, the equation (25) is not used. Invention Example 2 shows the calculation time (seconds) in the method described in <Modification Example 2>. In Invention Example 2, the calculation of the column generator problem S is terminated when the dual gap becomes G S shown in Eq. (25).
As shown in FIG. 10, it can be seen that the calculation time can be reduced to about half by applying the method described in <Modification 2>.

<その他の変形例>
以上説明した本実施形態及び各変形例は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本実施形態及び各変形例として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本実施形態及び各変形例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
<Other variants>
The present embodiment and each modification described above can be realized by executing a program by a computer. Further, a computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as the present embodiment and each modification. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a non-volatile memory card, a ROM, or the like can be used.
Further, the present embodiment and each modification described above are merely examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is limitedly interpreted by these. It shouldn't be. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.

(請求項との関係)
以下に、請求項と実施形態との対応関係の一例について説明する。請求項の記載が実施形態の記載に限定されないことは、変形例等において説明した通りである。
<請求項1、2>
所定の制約は、例えば、(17)式、(18)式により実現される。
決定変数(2値変数)は、例えば、決定変数x[j]により実現される。
実現可能山に対する前記対象材の山立てについての評価値である列コストは、例えば、列コストcj(山数c1j、仮置き数c2j)により実現される。
原問題の目的関数は、例えば、(4)式により実現される。
列生成手段は、例えば、列生成部123により実現される。候補山は、例えば、列生成部123により導出される山構成鋼材有無変数mj[i]に基づく実現可能山mjにより実現される。
探索手段は、例えば、近傍探索部134により実現される。
当該集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山は、例えば、1増近傍山集合Cnb_p、1減近傍山集合Cnb_mに追加される1増近傍山mj_np、1減近傍山mj_nbにより実現される(<変形例1>等も参照)。
第1の原問題導出手段は、例えば、本処理原問題導出部135により実現される。
出力手段は、例えば、出力部140により実現される。
<請求項3>
増近傍山は、例えば、1増近傍山集合Cnb_pに追加される1増近傍山mj_npにより実現され、減近傍山は、例えば、1減近傍山集合Cnb_mに追加される1減近傍山mj_nbにより実現される。
<請求項4>
請求項4は、<変形例1>に基づくものである。
第1の増近傍山~第nの増近傍山は、例えば、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1~CLSnに含まれる1増近傍山集合Cnb_pにより実現される。
第1の減近傍山~第nの減近傍山は、例えば、本処理部130で得られた実現可能山mjの集合CLS1~CLSnに含まれる1減近傍山集合Cnb_mにより実現される。
<請求項5>
制約式は、例えば、(2)式の制約式により実現される。
目的関数は、例えば、(3)式により実現される。
前記実現可能山に対する列コストは、例えば、列コストcjにより実現され、実現可能山の数は、例えば、山数c1jにより実現され、仮置き数は、例えば、仮置き数c2jにより実現される。
<請求項6>
双対解導出手段は、例えば、双対解導出部122により実現される。
双対解は、例えば、双対解psol[i]により実現される。
列判定手段は、例えば、列判定部124により実現される。
列追加手段は、例えば、列追加部125により実現される。
<請求項7>
第2の原問題導出手段は、例えば、前処理原問題導出部132により実現される。
処理実施判定手段は、例えば、本処理実施判定部133により実現される。
前記第2の原問題導出手段により導出された前記原問題の最適値は、例えば、原問題最適値VP(Ccg)により実現される。
前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であることが前記列判定手段により判定された時点で前記双対解導出手段により導出されている前記双対解が得られたときの前記双対問題の目的関数の値である双対最適値は、例えば、双対最適値VD(Ccg)により実現される。
<請求項8>
前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山と異なる構成の前記実現可能山に対する列コストと、当該実現可能山に対する双対コストとを比較することは、例えば、本処理実施判定部133が、原問題最適値VP(Ccg)から双対最適値VD(Ccg)を減算することにより実現される(ステップS510も参照)。
前記実現可能山に対する双対コストは、例えば、双対コストPjにより実現される((9)式の左辺等も参照)。
前記山構成対象材有無変数は、例えば、山構成鋼材有無変数mj[i]により実現される。
<請求項9>
制約式は、例えば、(9)式により実現される。
目的関数は、例えば、(11)式により実現される。
前記実現可能山に対する双対コストは、例えば、双対コストPjにより実現される((9)式の左辺等も参照)。
当該実現可能山に対応する山構成対象材有無変数は、例えば、山構成鋼材有無変数mj[i]により実現される。
双対変数は、例えば、p[i]により実現される。
<請求項10>
制約式は、例えば、(13)式~(18)式により実現される(<変形例3>等も参照)。
目的関数は、例えば、(21)式により実現される。
前記対象材上下関係変数は、例えば、鋼材上下関係変数y[i1][i2]により実現される。
前記山構成対象材有無変数は、例えば、山構成鋼材有無変数mj[i]により実現される。
<請求項11>
制約式は、例えば、(22)式により実現される(<変形例3>等も参照)。
<請求項12>
請求項12は、<変形例2>に基づくものである。
制限値は、例えば、GSにより実現される。
前記列生成子問題の前回の解である前記山構成対象材有無変数に基づく前記候補山である前記実現可能山のコストから当該実現可能山に対する前記双対コストを減算した値の絶対値は、例えば、|rcprv|により実現される。
所定値は、例えば、「1」により実現される。
<請求項13>
仮置き有無変数は、例えば、仮置き有無変数t[i]により実現される。
前記候補山となる前記実現可能山の列コストは、仮置き有無変数を用いて表されることは、例えば、(19)式により実現される。
前記所定の制約を表す制約式が、仮置き有無変数を更に用いて表されることは、例えば、(16)式により実現される。
<請求項14>
初期解として与えられた実現可能山の集合は、例えば、初期列集合設定部121により設定される実現可能山mjの集合Cの初期値により実現される。
(Relationship with claims)
An example of the correspondence between the claims and the embodiments will be described below. The description of the claims is not limited to the description of the embodiment, as described in the modified examples and the like.
<Claims 1 and 2>
The predetermined constraint is realized by, for example, the equations (17) and (18).
The decision variable (binary variable) is realized by, for example, the decision variable x [j].
The column cost, which is an evaluation value for the pile of the target material for the feasible mountain, is realized by, for example, the column cost c j (the number of piles c 1j , the number of temporary placements c 2j ).
The objective function of the original problem is realized by, for example, Eq. (4).
The column generation means is realized by, for example, the column generation unit 123. The candidate mountain is realized by, for example, a feasible mountain m j based on the mountain constituent steel material presence / absence variable m j [i] derived by the column generation unit 123.
The search means is realized by, for example, the neighborhood search unit 134.
For each candidate mountain included in the set, the feasible mountain in the vicinity where a part of the target material has a different configuration is added to, for example, 1 increase neighborhood mountain set C nb_p and 1 decrease neighborhood mountain set C nb_m1 . It is realized by the increasing neighborhood mountain m j_np and the decreasing neighborhood mountain m j_nb (see also <Modification example 1> etc.).
The first original problem deriving means is realized by, for example, the processing original problem deriving unit 135.
The output means is realized by, for example, the output unit 140.
<Claim 3>
The increasing neighborhood mountain is realized by, for example, the 1 increasing neighborhood mountain m j_np added to the 1 increasing neighborhood mountain set C nb_p , and the decreasing neighborhood mountain is realized by, for example, the 1 decreasing neighborhood mountain added to the 1 decreasing neighborhood mountain set C nb_m . It is realized by m j_nb .
<Claim 4>
Claim 4 is based on <Modification 1>.
The first Masu neighborhood mountain to the nth Masu neighborhood mountain are realized by, for example, the 1 Masu neighborhood mountain set C nb_p included in the set C LS1 to C LSn of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130. To.
The first reduced neighborhood mountain to the nth reduced neighborhood mountain is realized by, for example, the one reduced neighborhood mountain set C nb_m included in the set C LS1 to C LSn of the feasible mountain m j obtained by the processing unit 130. To.
<Claim 5>
The constraint equation is realized by, for example, the constraint equation of equation (2).
The objective function is realized by, for example, Eq. (3).
The column cost for the feasible mountain is realized by, for example, the column cost c j , the number of feasible mountains is realized by, for example, the number of mountains c 1j , and the temporary placement number is realized by, for example, the temporary placement number c 2 j . Will be done.
<Claim 6>
The dual solution derivation means is realized by, for example, the dual solution derivation unit 122.
The dual solution is realized by, for example, the dual solution p sol [i].
The column determination means is realized by, for example, the column determination unit 124.
The column addition means is realized by, for example, the column addition unit 125.
<Claim 7>
The second original problem deriving means is realized by, for example, the preprocessing original problem deriving unit 132.
The process execution determination means is realized by, for example, the present process execution determination unit 133.
The optimum value of the original problem derived by the second original problem deriving means is realized by, for example, the original problem optimum value VP (C cg ) .
When the column determination means determines that the candidate mountain derived by the column generation means is a mountain satisfying the convergence requirement, the dual solution derived by the dual solution derivation means is obtained. The dual optimum value, which is the value of the objective function of the dual problem at the time, is realized by, for example, the dual optimum value V D (C cg ).
<Claim 8>
To compare the column cost for the feasible mountain having a configuration different from that of the candidate mountain included in the set of feasible mountains and the dual cost for the feasible mountain, for example, the processing execution determination unit 133 may use the original. Problem This is achieved by subtracting the dual optimal value V D (C cg ) from the optimal value V P (C cg ) (see also step S510).
The dual cost for the feasible mountain is realized by, for example, the dual cost Pj (see also the left side of Eq. (9)).
The pile constituent target material presence / absence variable is realized by, for example, the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i].
<Claim 9>
The constraint equation is realized by, for example, the equation (9).
The objective function is realized by, for example, Eq. (11).
The dual cost for the feasible mountain is realized by, for example, the dual cost Pj (see also the left side of Eq. (9)).
The mountain constituent target material presence / absence variable corresponding to the feasible mountain is realized by, for example, the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i].
The dual variable is realized by, for example, p [i].
<Claim 10>
The constraint equation is realized by, for example, equations (13) to (18) (see also <modification example 3> and the like).
The objective function is realized by, for example, Eq. (21).
The target material vertical relation variable is realized by, for example, the steel material vertical relation variable y [i 1 ] [i 2 ].
The pile constituent target material presence / absence variable is realized by, for example, the pile constituent steel material presence / absence variable m j [i].
<Claim 11>
The constraint equation is realized by, for example, equation (22) (see also <modification example 3> and the like).
<Claim 12>
Claim 12 is based on <Modification 2>.
The limit value is realized by, for example, G S.
The absolute value of the value obtained by subtracting the dual cost for the feasible mountain from the cost of the feasible mountain which is the candidate mountain based on the mountain constituent target material presence / absence variable which is the previous solution of the column generator problem is, for example, , | Rc prv |.
The predetermined value is realized by, for example, "1".
<Claim 13>
The temporary placement presence / absence variable is realized by, for example, the temporary placement presence / absence variable t [i].
The column cost of the feasible mountain, which is the candidate mountain, can be expressed by using the temporary placement / non-presence variable, for example, by the equation (19).
It is realized, for example, by the equation (16) that the constraint equation expressing the predetermined constraint is further expressed by using the temporary placement / presence / absence variable.
<Claim 14>
The set of feasible mountains given as the initial solution is realized by, for example, the initial value of the set C of the feasible mountains m j set by the initial column set setting unit 121.

100:鋼材の山分け計画作成装置、110:鋼材情報取得部、120:前処理部、121:初期列集合設定部、122:双対解導出部、123:列生成部、124:列判定部、125:列追加部、130:本処理部、131:双対最適値取得部、132:前処理原問題導出部、133:本処理実施判定部、134:近傍探索部、135:本処理原問題導出部、140:出力部 100: Steel material mountain division plan creation device, 110: Steel material information acquisition unit, 120: Pretreatment unit, 121: Initial column set setting unit, 122: Dual solution derivation unit, 123: Column generation unit, 124: Column determination unit, 125 : Column addition unit, 130: Main processing unit, 131: Dual optimum value acquisition unit, 132: Preprocessing original problem derivation unit, 133: Main processing execution determination unit, 134: Neighborhood search unit, 135: Main processing original problem derivation unit , 140: Output section

Claims (16)

複数の対象材に対して山分け計画を作成する問題を集合分割問題とし、当該集合分割問題を、列生成法を用いて解くことにより山分け計画を作成する山分け計画作成装置であって、
所定の制約を満たす様に積まれた実現可能山を解として採用するか否か決定する2値変数を決定変数として、当該実現可能山に対する前記対象材の山立てについての評価値である列コストを含む目的関数の値が最小または最大になる前記決定変数を求めることにより、前記複数の対象材を重複することなく且つ漏れなく含む前記実現可能山の最適な組み合わせを求める問題を原問題とし、
前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補である候補山を生成する列生成子問題の最適解を導出する列生成手段と、
前記列生成手段により導出された前記候補山の集合が、所定の収束要件を満足しない場合には、当該集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山を探索し、当該探索した近傍の実現可能山を、前記候補山として追加する探索手段と、
前記列生成手段により導出された候補山と、前記探索手段により追加された候補山とを含む前記実現可能山の集合に基づいて前記原問題を解くことにより、当該原問題の最適値を導出する第1の原問題導出手段と、
前記第1の原問題導出手段により導出された前記原問題の最適値に対応する前記実現可能山の組み合わせを示す情報を、前記原問題の最適解を示す情報として出力する出力手段と、
を有することを特徴とする山分け計画作成装置。
It is a mountain division plan creation device that creates a mountain division plan by solving the group division problem by using a column generation method, with the problem of creating a mountain division plan for a plurality of target materials as a set division problem.
A column cost, which is an evaluation value for the pile of the target material for the feasible mountain, using a binary variable that determines whether or not to adopt the feasible mountain piled up so as to satisfy a predetermined constraint as a decision variable. The original problem is to find the optimum combination of the feasible peaks including the plurality of target materials without duplication and omission by finding the determination variable in which the value of the objective function including the above is the minimum or the maximum.
A column generator that generates a candidate mountain that is a candidate for a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem, and a column generation means that derives the optimum solution of the problem.
When the set of the candidate mountains derived by the column generation means does not satisfy a predetermined convergence requirement, the realization of the vicinity in which a part of the target material has a different configuration for each candidate mountain included in the set. A search means for searching for possible mountains and adding the feasible mountains in the vicinity of the search as the candidate mountains.
The optimum value of the original problem is derived by solving the original problem based on the set of the feasible mountains including the candidate mountain derived by the column generation means and the candidate mountain added by the search means. The first means of deriving the original problem and
An output means for outputting information indicating a combination of feasible peaks corresponding to the optimum value of the original problem derived by the first original problem deriving means as information indicating an optimum solution of the original problem.
A mountain division planning device characterized by having.
前記探索手段は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山のそれぞれについて、少なくとも1つの増近傍山と、少なくとも1つの減近傍山との、少なくとも何れか一方を探索し、
前記増近傍山は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山の最上段、最下段、および、隣接する2つの対象材の間の少なくとも1つのうち、少なくとも何れか1つに、対象材を少なくとも1つ追加した前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であり、
前記減近傍山は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山を構成する対象材の少なくとも1つを取り除いた前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であることを特徴とする請求項1に記載の山分け計画作成装置。
The search means searches for at least one of at least one increasing neighborhood mountain and at least one decreasing neighborhood mountain for each of the candidate mountains included in the set of feasible mountains.
The Masu neighborhood mountain is a target material in at least one of at least one of the top and bottom stages of the candidate mountain included in the set of feasible mountains and between two adjacent target materials. The feasible mountain to which at least one is added, and the feasible mountain that can be a candidate for the feasible mountain constituting the optimum solution of the original problem.
The reduced neighborhood mountain is the feasible mountain from which at least one of the target materials constituting the candidate mountain included in the set of feasible mountains is removed, and is a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem. The mountain division plan creating device according to claim 1, wherein the mountain is a feasible mountain that can be a candidate for.
前記増近傍山は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山の最上段、最下段、または、隣接する2つの対象材の間の何れか1つに、対象材を1つ追加した前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であり、
前記減近傍山は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山を構成する対象材の1つを取り除いた前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であることを特徴とする請求項2に記載の山分け計画作成装置。
The Masu neighborhood mountain is the one in which one target material is added to any one of the uppermost stage, the lowest stage, or between two adjacent target materials included in the set of feasible mountains. It is a feasible mountain that can be a candidate for a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem.
The reduced neighborhood mountain is the feasible mountain from which one of the target materials constituting the candidate mountain included in the set of feasible mountains is removed, and is a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem. The mountain division planning apparatus according to claim 2, wherein the mountain is a feasible mountain that can be a candidate.
前記探索手段は、前記増近傍山として、第1の増近傍山~第nの増近傍山を探索すると共に、前記減近傍山として、第1の減近傍山~第nの減近傍山を探索し、
nは、2以上の整数であり、
前記第1の増近傍山は、前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山になった時点における前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山の最上段、最下段、または、隣接する2つの対象材の間の何れか1つに、対象材を1つ追加した前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であり、
前記第nの増近傍山は、第n-1増近傍山が追加された時点における前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山の最上段、最下段、または、隣接する2つの対象材の間の何れか1つに、対象材を1つ追加した前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であり、
前記第1の減近傍山は、前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山になった時点における前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山を構成する対象材の1つを取り除いた前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であり、
前記第nの減近傍山は、第n-1減近傍山が追加された時点における前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山を構成する対象材の1つを取り除いた前記実現可能山であって、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であることを特徴とする請求項3に記載の山分け計画作成装置。
The search means searches for the first increasing neighborhood mountain to the nth increasing neighborhood mountain as the increasing neighborhood mountain, and searches for the first decreasing neighborhood mountain to the n decreasing neighborhood mountain as the decreasing neighborhood mountain. death,
n is an integer of 2 or more,
The first Masu neighborhood mountain is the uppermost mountain of the candidate mountain included in the set of feasible mountains at the time when the candidate mountain derived by the column generation means becomes a mountain satisfying the convergence requirement. It is the feasible mountain to which one target material is added to either one of the bottom or two adjacent target materials, and it is a candidate for the feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem. The above-mentioned feasible mountain to get,
The nth Masu neighborhood mountain is the top, bottom, or two adjacent target materials of the candidate mountain included in the set of feasible mountains at the time when the n-1 Masu neighborhood mountain is added. The feasible mountain to which one target material is added to any one of the spaces, and the feasible mountain that can be a candidate for the feasible mountain constituting the optimum solution of the original problem.
The first reduced neighborhood mountain is an object constituting the candidate mountain included in the set of feasible mountains at the time when the candidate mountain derived by the column generation means becomes a mountain satisfying the convergence requirement. It is the feasible mountain from which one of the materials is removed, and it is the feasible mountain that can be a candidate for the feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem.
The nth reduced neighborhood mountain is the feasible mountain obtained by removing one of the target materials constituting the candidate mountain included in the set of the feasible mountains at the time when the n-1 reduced neighborhood mountain is added. The mountain division plan creating device according to claim 3, wherein the feasible mountain can be a candidate for a feasible mountain constituting the optimum solution of the original problem.
前記原問題は、前記複数の対象材のそれぞれについて、前記実現可能山の集合の中から、当該対象材を含む前記実現可能山が必ず1つ選択されるという制約を表す制約式であって、前記決定変数を用いて表される制約式と、当該原問題の前記目的関数と、を用いて、当該制約式を満足する範囲で当該目的関数の値が最小になる前記決定変数を決定する0-1整数計画問題であり、
前記2値変数は、複数の前記実現可能山のそれぞれについて、当該実現可能山を解として採用する場合に「1」となり、当該実現可能山を解として採用しない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数であり、
前記原問題の前記目的関数は、前記実現可能山の集合に含まれる前記実現可能山に対する前記列コストの総和を求める目的関数であって、前記決定変数および前記実現可能山の列コストを用いて表される目的関数であり、
前記実現可能山に対する列コストは、当該実現可能山の数および仮置き数を含み、
前記仮置き数は、払出山に配置する前に、仮置場に仮置きする前記対象材の数であり、
前記払出山は、前記対象材により構成される山であって、次工程に払い出す最終的な山姿となった山であることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の山分け計画作成装置。
The original problem is a constraint expression that expresses a constraint that one feasible mountain including the target material is always selected from the set of feasible mountains for each of the plurality of target materials. Using the constraint formula expressed using the determinant and the objective function of the original problem, the determinant whose value of the objective function is minimized within the range satisfying the constraint equation is determined. -1 It is an integer programming problem,
The binary variable is "1" for each of the plurality of feasible mountains when the feasible mountain is adopted as the solution, and "0 (zero)" when the feasible mountain is not adopted as the solution. Is a 0-1 variable
The objective function of the original problem is an objective function for obtaining the sum of the column costs for the feasible peaks included in the set of feasible peaks, and uses the determination variable and the column cost of the feasible peaks. It is an objective function that is represented.
The column cost for the feasible mountain includes the number of the feasible mountain and the number of temporary placements.
The temporary storage number is the number of the target materials to be temporarily placed in the temporary storage place before being placed in the payout mountain.
The mountain according to any one of claims 1 to 4, wherein the payout mountain is a mountain made of the target material and is a mountain that has become the final mountain shape to be paid out in the next step. Mountain division planning device.
前記原問題の線形緩和問題を主問題とした場合の双対問題の最適解である双対解を導出する双対解導出手段と、
前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であるか否かの判定である列判定を行う列判定手段と、
前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山でないことが前記列判定手段により判定されると、前記列生成手段により生成された前記候補山を前記実現可能山の集合に追加する列追加手段と、を更に有し、
前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であることが前記列判定手段により判定されるまで、前記双対解導出手段による前記双対解の導出と、前記列生成手段による前記列生成子問題の最適解の導出と、前記列判定と、前記列追加手段による前記候補山の追加と、を繰り返す収束計算が実行され、
前記探索手段は、前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であることが前記列判定手段により判定された後に、前記列生成手段により導出された前記候補山の集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山を探索し、当該探索した近傍の実現可能山を、前記候補山として追加し、
前記列生成子問題は、前記双対解と、前記所定の制約とを用いて、前記実現可能山の集合に追加する前記候補山を求める問題であることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の山分け計画作成装置。
A dual solution deriving means for deriving a dual solution, which is the optimum solution of the dual problem when the linear relaxation problem of the original problem is used as the main problem.
A column determination means for performing column determination, which is a determination as to whether or not the candidate mountain derived by the column generation means is a mountain that satisfies the convergence requirement.
When it is determined by the column determining means that the candidate mountain derived by the column generating means does not satisfy the convergence requirement, the candidate mountain generated by the column generating means is used as the feasible mountain. Further has a means for adding columns to be added to the set,
The derivation of the dual solution by the dual solution deriving means and the column generation until the candidate mountain derived by the column generating means is determined by the column determining means to be a mountain satisfying the convergence requirement. Convergence calculation is executed by repeating the derivation of the optimum solution of the column generator problem by the means, the column determination, and the addition of the candidate mountain by the column addition means.
In the search means, the candidate mountain derived by the column generation means is derived after the column determination means determines that the candidate mountain derived by the column generation means is a mountain satisfying the convergence requirement. For each candidate mountain included in the set of, the feasible mountain in the vicinity where a part of the target material has a different configuration is searched, and the feasible mountain in the vicinity of the searched is added as the candidate mountain.
Any of claims 1 to 5, wherein the column generator problem is a problem of finding the candidate mountain to be added to the set of feasible mountains by using the dual solution and the predetermined constraint. Or the mountain division planning device described in item 1.
前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であることが前記列判定手段により判定された時点における前記実現可能山の集合に基づいて前記原問題を解くことにより、当該原問題の最適値を導出する第2の原問題導出手段と、
前記第2の原問題導出手段により導出された前記原問題の最適値と、前記列生成手段により導出された前記候補山が、前記収束要件を満足する山であることが前記列判定手段により判定された時点で前記双対解導出手段により導出されている前記双対解が得られたときの前記双対問題の目的関数の値である双対最適値と、を比較した結果に基づいて、前記探索手段による処理を実行するか否かを判定する処理実施判定手段と、
前記探索手段は、前記処理実施判定手段により、前記探索手段による処理を実行すると判定された場合に、前記探索および前記追加を行い、
前記出力手段は、前記処理実施判定手段により、前記探索手段による処理を実行しないことが前記列判定手段により判定された場合には、前記第2の原問題導出手段により導出された前記原問題の最適値に対応する前記実現可能山の組み合わせを示す情報を、前記原問題の最適解を示す情報として出力することを特徴とする請求項6に記載の山分け計画作成装置。
By solving the original problem based on the set of feasible mountains at the time when it is determined by the column determination means that the candidate mountain derived by the column generation means is a mountain satisfying the convergence requirement. , A second original problem deriving means for deriving the optimum value of the original problem,
It is determined by the column determining means that the optimum value of the original problem derived by the second original problem deriving means and the candidate mountain derived by the column generating means are mountains satisfying the convergence requirement. Based on the result of comparison with the dual optimum value, which is the value of the objective function of the dual problem when the dual solution derived by the dual solution deriving means is obtained, the search means is used. A process execution determination means for determining whether or not to execute a process,
When the search means determines that the process by the search means is to be executed by the process execution determination means, the search means performs the search and the addition.
When the column determination means determines that the output means does not execute the process by the search means, the process execution determination means of the original problem derived by the second original problem derivation means. The mountain division plan creating device according to claim 6, wherein information indicating the combination of feasible mountains corresponding to the optimum value is output as information indicating the optimum solution of the original problem.
前記探索手段は、前記実現可能山の集合に含まれる前記候補山と異なる構成の前記実現可能山に対する前記列コストと、当該実現可能山に対する双対コストとを比較した結果に基づいて、当該実現可能山が、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補となり得る前記実現可能山であるか否かを判定し、
前記実現可能山に対する双対コストは、前記対象材に対する双対変数の値と、当該対象材と当該実現可能山に対応する山構成対象材有無変数との積の、前記複数の対象材についての総和で表され、
前記双対変数は、前記双対問題における決定変数であり、
前記山構成対象材有無変数は、前記対象材毎に定められる0-1変数であって、前記実現可能山に前記対象材が含まれる場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数であることを特徴とする請求項6または7に記載の山分け計画作成装置。
The search means is based on the result of comparing the column cost for the feasible mountain having a configuration different from that of the candidate mountain included in the set of feasible mountains and the dual cost for the feasible mountain. It is determined whether or not the mountain is a feasible mountain that can be a candidate for a feasible mountain that constitutes the optimum solution of the original problem.
The dual cost for the feasible mountain is the sum of the value of the dual variable for the target material and the product of the target material and the mountain constituent target material presence / absence variable corresponding to the feasible mountain for the plurality of target materials. Represented
The dual variable is a decision variable in the dual problem.
The mountain constituent target material presence / absence variable is a 0-1 variable determined for each target material, and is "1" when the target material is included in the feasible mountain, and "0 (zero)" when the target material is not included. ) ”, The mountain division planning apparatus according to claim 6 or 7.
前記双対問題は、前記実現可能山の集合に含まれる前記実現可能山のそれぞれのコストが、当該実現可能山に対する双対コスト以上であるという制約を表す制約式であって、当該実現可能山の列コスト、当該実現可能山に対応する山構成対象材有無変数、および双対変数を用いて表される制約式と、当該双対問題の前記目的関数と、を用いて、当該制約式を満足する範囲で当該目的関数の値が最大になる当該双対変数の値を前記双対解として決定する線形計画問題であり、
前記双対問題の目的関数は、前記複数の対象材についての当該双対変数の総和を求める目的関数であって、当該双対変数を用いて表される目的関数であり、
前記双対変数は、前記対象材毎に定められる変数であり、
前記実現可能山に対する双対コストは、前記対象材に対する前記双対変数の値と、当該対象材と当該実現可能山に対応する山構成対象材有無変数との積の、前記複数の対象材についての総和で表され、
前記山構成対象材有無変数は、前記対象材毎に定められる0-1変数であって、前記実現可能山に前記対象材が含まれる場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数であることを特徴とする請求項8に記載の山分け計画作成装置。
The dual problem is a constraint expression that expresses a constraint that the cost of each of the feasible mountains included in the set of feasible mountains is equal to or higher than the dual cost for the feasible mountain, and is a sequence of the feasible mountains. To the extent that the constraint equation is satisfied using the constraint equation expressed using the cost, the variable with or without the material to be constructed of the mountain corresponding to the feasible mountain, and the dual variable, and the objective function of the dual problem. It is a linear programming problem that determines the value of the dual variable that maximizes the value of the objective function as the dual solution.
The objective function of the dual problem is an objective function for obtaining the sum of the dual variables for the plurality of target materials, and is an objective function expressed by using the dual variables.
The dual variable is a variable defined for each target material, and is a variable.
The dual cost for the feasible mountain is the sum of the product of the value of the dual variable for the target material and the mountain constituent target material presence / absence variable corresponding to the feasible mountain for the plurality of target materials. Represented by
The mountain constituent target material presence / absence variable is a 0-1 variable determined for each target material, and is "1" when the target material is included in the feasible mountain, and "0 (zero)" when the target material is not included. ) ”, The mountain division planning apparatus according to claim 8, wherein the variable is 0-1.
前記列生成子問題は、前記所定の制約を表す制約式であって、前記山構成対象材有無変数および対象材上下関係変数を用いて表される制約式と、前記候補山となる前記実現可能山の列コストから、当該実現可能山に対する前記双対コストを減算した値を求める目的関数であって、前記双対変数、当該山構成対象材有無変数、および当該対象材上下関係変数を用いて表される目的関数と、を用いて、当該制約式を満足する範囲で当該目的関数の値が最小になる当該山構成対象材有無変数および当該対象材上下関係変数を決定する0-1整数計画問題であり、
前記対象材上下関係変数は、2つの前記対象材の組み合わせにより定まる0-1変数であって、同一の払出山における2つの前記対象材の上下関係を表す0-1変数であり、
前記払出山は、前記対象材により構成される山であって、次工程に払い出す最終的な山姿となった山であることを特徴とする請求項9に記載の山分け計画作成装置。
The column generator problem is a constraint expression that expresses the predetermined constraint, and is a constraint expression that is expressed by using the mountain constituent target material presence / absence variable and the target material vertical relation variable, and the feasible that is the candidate mountain. It is an objective function to obtain the value obtained by subtracting the dual cost for the feasible mountain from the column cost of the mountain, and is expressed by using the dual variable, the mountain constituent target material presence / absence variable, and the target material vertical relation variable. In the 0-1 integer planning problem to determine the mountain-constituting target material presence / absence variable and the target material vertical relation variable that minimizes the value of the objective function within the range that satisfies the constraint equation. can be,
The target material vertical relationship variable is a 0-1 variable determined by a combination of the two target materials, and is a 0-1 variable representing the vertical relationship between the two target materials in the same payout mountain.
The mountain division planning apparatus according to claim 9, wherein the payout mountain is a mountain composed of the target material and is a mountain that has become the final mountain shape to be paid out to the next process.
前記列生成子問題は、前記候補山となる前記実現可能山のコストが、当該実現可能山に対する前記双対コスト以下であることを表す制約式を更に有する問題であり、
前記列生成手段は、前記列生成子問題の実行可能解が得られた時点で、当該列生成子問題に対する計算を打ち切り、当該実行可能解である前記山構成対象材有無変数に基づいて、前記候補山を生成することを特徴とする請求項10に記載の山分け計画作成装置。
The column generator problem is a problem further having a constraint equation indicating that the cost of the feasible mountain, which is the candidate mountain, is equal to or less than the dual cost for the feasible mountain.
When the executable solution of the column generator problem is obtained, the column generator means terminates the calculation for the column generator problem, and based on the mountain construct material presence / absence variable which is the executable solution, the column generator means. The mountain division planning apparatus according to claim 10, wherein a candidate mountain is generated.
前記列生成手段は、前記列生成子問題における上界値および下界値に基づいて双対ギャップを導出し、当該双対ギャップが、制限値以下であると判定すると、当該列生成子問題に対する計算を打ち切り、その時点で得られている前記列生成子問題の解である前記山構成対象材有無変数に基づいて、前記候補山を生成し、
前記制限値は、前記列生成子問題の前回の解である前記山構成対象材有無変数に基づく前記候補山である前記実現可能山のコストから当該実現可能山に対する前記双対コストを減算した値の絶対値に応じて、所定値、または、当該絶対値に応じた値をとることを特徴とする請求項10または11に記載の山分け計画作成装置。
The column generator means derives a dual gap based on the upper bound value and the lower bound value in the column generator problem, and if it is determined that the dual gap is equal to or less than the limit value, the calculation for the column generator problem is terminated. , The candidate mountain is generated based on the mountain constituent target material presence / absence variable which is the solution of the column generator problem obtained at that time.
The limit value is a value obtained by subtracting the dual cost for the feasible mountain from the cost of the feasible mountain which is the candidate mountain based on the mountain constituent target material presence / absence variable which is the previous solution of the column generator problem. The mountain division planning apparatus according to claim 10 or 11, wherein a predetermined value or a value corresponding to the absolute value is taken according to the absolute value.
前記所定の制約を表す制約式は、仮置き有無変数を更に用いて表され、
前記候補山となる前記実現可能山に対する前記列コストは、仮置き有無変数を用いて表され、
前記仮置き有無変数は、前記対象材毎に定められる0-1変数であって、前記対象材を、前記払出山に配置する前に、仮置場に仮置きする場合に「1」となり、そうでない場合に「0(ゼロ)」となる0-1変数であることを特徴とする請求項10~12の何れか1項に記載の山分け計画作成装置。
The constraint expression expressing the predetermined constraint is further expressed by using the temporary placement / presence / absence variable.
The column cost for the feasible mountain that is the candidate mountain is expressed using the temporary placement / non-presence variable.
The temporary storage presence / absence variable is a 0-1 variable determined for each target material, and becomes "1" when the target material is temporarily placed in the temporary storage place before being placed in the payout mountain. The mountain division planning apparatus according to any one of claims 10 to 12, wherein the variable is a 0-1 variable that becomes "0 (zero)" if the above is not the case.
前記原問題は、前記2値変数を決定変数として、前記列コストと、初期解として与えられた実現可能山の集合とを用いて、前記決定変数および前記列コストを含む目的関数の値が最小または最大になる前記決定変数を求めることにより、前記複数の対象材を重複することなく且つ漏れなく含む前記実現可能山の最適な組み合わせを求める問題であることを特徴とする請求項1~13の何れか1項に記載の山分け計画作成装置。 The original problem uses the binary variable as the determinant, the column cost, and the set of feasible peaks given as the initial solution, and the value of the objective function including the determinant and the column cost is the smallest. Alternatively, claim 1 to 13, wherein the problem is to obtain the optimum combination of the feasible peaks including the plurality of target materials without duplication and without omission by obtaining the determination variable that becomes the maximum. The mountain division plan making device according to any one of the items. 複数の対象材に対して山分け計画を作成する問題を集合分割問題とし、当該集合分割問題を、列生成法を用いて解くことにより山分け計画を作成する山分け計画作成方法であって、
所定の制約を満たす様に積まれた実現可能山を解として採用するか否か決定する2値変数を決定変数として、当該実現可能山に対する前記対象材の山立てについての評価値である列コストを含む目的関数の値が最小または最大になる前記決定変数を求めることにより、前記複数の対象材を重複することなく且つ漏れなく含む前記実現可能山の最適な組み合わせを求める問題を原問題とし、
コンピュータが、前記原問題の最適解を構成する実現可能山の候補である候補山を生成する列生成子問題の最適解を導出する列生成ステップと、
前記列生成ステップにより導出された前記候補山の集合が、所定の収束要件を満足しない場合には、コンピュータが、当該集合に含まれる各候補山について、対象材の一部が異なる構成からなる近傍の前記実現可能山を探索し、当該探索した近傍の実現可能山を、前記候補山として追加する探索ステップと、
コンピュータが、前記列生成ステップにより導出された候補山と、前記探索ステップにより追加された候補山とを含む前記実現可能山の集合に基づいて前記原問題を解くことにより、当該原問題の最適値を導出する第1の原問題導出ステップと、
コンピュータが、前記第1の原問題導出ステップにより導出された前記原問題の最適値に対応する前記実現可能山の組み合わせを示す情報を、前記原問題の最適解を示す情報として出力する出力ステップと、
を有することを特徴とする山分け計画作成方法。
It is a method of creating a mountain division plan that creates a mountain division plan by solving the group division problem using a column generation method, with the problem of creating a mountain division plan for a plurality of target materials as a set division problem.
A column cost, which is an evaluation value for the pile of the target material for the feasible mountain, using a binary variable that determines whether or not to adopt the feasible mountain piled up so as to satisfy a predetermined constraint as a decision variable. The original problem is to find the optimum combination of the feasible peaks including the plurality of target materials without duplication and omission by finding the determination variable in which the value of the objective function including the above is the minimum or the maximum.
A column generation step in which a computer derives an optimum solution for a column generator problem that generates candidate mountains that are candidates for feasible mountains that constitute the optimum solution for the original problem.
When the set of the candidate mountains derived by the column generation step does not satisfy a predetermined convergence requirement, a computer performs a neighborhood in which a part of the target material is different for each candidate mountain included in the set. A search step of searching for the feasible mountain in the above and adding the feasible mountain in the vicinity of the searched as the candidate mountain.
The computer solves the original problem based on the set of feasible mountains including the candidate mountains derived by the column generation step and the candidate mountains added by the search step, so that the optimum value of the original problem is obtained. The first original problem derivation step to derive
An output step in which the computer outputs information indicating the combination of the feasible peaks corresponding to the optimum value of the original problem derived by the first original problem derivation step as information indicating the optimum solution of the original problem. ,
A method of creating a mountain division plan, which is characterized by having.
請求項1~14の何れか1項に記載の山分け計画作成装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 A program characterized in that a computer functions as each means of the mountain division planning apparatus according to any one of claims 1 to 14.
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