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技術 製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法、操業方法、及び製鋼製品の製造方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 吉成有介柏崎吉弥西山悠介瀬崎和治藤田浩起
出願日 2015年7月8日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-137158
公開日 2017年1月26日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2017-021489
状態 特許登録済
技術分野 特定用途計算機 連続鋳造 鋳造用とりべ 総合的工場管理
主要キーワード 高品質製品 配置制約 製造順番 鋳造処理 鋳造効率 処理目標 チャージ単位 製造順序
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法操業方法、及び製鋼製品の製造方法を提供する。

解決手段

少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータ読込みを行うデータ入力部(101)と、データ入力部(101)によって読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化部(102)と、Must条件を満たし、かつ評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成部(103)とを備える。

概要

背景

近年の多品種化による製造鋼種や高品質製品の増加に伴う製造順番に関する制約条件の増加によって、製鋼生産スケジュールの作成はその複雑さが増大している。そのため製鋼生産スケジュールを探索による最適化手法を用いて自動的に計画を策定する技術が提案されている(特許文献1)。特許文献1の技術では、製造ロットを予め設定されている製造上の制約条件毎にグループ分類し、製造上の制約条件を満たしたグループの中から製造ロットを抽出して製造順序を決めている。

概要

製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法操業方法、及び製鋼製品の製造方法を提供する。少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータ読込みを行うデータ入力部(101)と、データ入力部(101)によって読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化部(102)と、Must条件を満たし、かつ評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成部(103)とを備える。

目的

本発明の目的のひとつは、製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法、操業方法、及び製鋼製品の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の鋳造機を備えた多品種製品の製造を行う製鋼工場製鋼生産スケジュール作成装置であって、少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータ読込みを行うデータ入力部と、前記データ入力部によって読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化部と、前記Must条件を満たし、かつ前記評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成部とを備える、製鋼生産スケジュール作成装置。

請求項2

前記Must条件は、各チャージの通過工程パターンの選択に係る条件と、前記通過工程パターンの各工程の開始時刻に係る条件と、連々鋳セットの開始時刻に係る条件と、前記通過工程の占有に係る条件とを含むことを特徴とする、請求項1に記載の製鋼生産スケジュール作成装置。

請求項3

前記Want条件は、前記転炉において処理されるチャージ数に係る第1条件と、出鋼希望日からの遅延日数に係る第2条件と、前記二次精錬設備における前後のチャージの鋼種に係る第3条件とを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の製鋼生産スケジュール作成装置。

請求項4

前記第1条件、前記第2条件、及び前記第3条件に係る評価値のうち少なくとも1つを出力する出力部と、作成された製鋼生産スケジュールの修正確定の実施と、再作成すべき連々鋳セットの指定を行う機能と、少なくとも製鋼生産スケジュールを下位のシステムへの送信、計画作成部での製鋼生産スケジュールの再作成、連々鋳セットデータを再作成と製鋼生産スケジュールの再作成の指示を行う計画出力・修正部と、を備えることを特徴とする、請求項3に記載の製鋼生産スケジュール作成装置。

請求項5

1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の鋳造機を備えた多品種製品の製造を行う製鋼工場の製鋼生産スケジュール作成方法であって、少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータの読込みを行うデータ入力ステップと、前記データ入力ステップにおいて読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足の度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化ステップと、前記Must条件を満たし、かつ前記評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成ステップとを含む、製鋼生産スケジュール作成方法。

請求項6

請求項1乃至4のいずれか一項に記載の製鋼生産スケジュール作成装置により作成した製鋼生産スケジュールにより製鋼工場の操業を行う、操業方法

請求項7

請求項1の製鋼生産スケジュール作成装置によって計画されたスケジュールに基づいて製造されることを特徴とした、製鋼製品の製造方法。

請求項8

請求項5の製鋼生産スケジュール作成法によって計画されたスケジュールに基づいて製造されることを特徴とした、製鋼製品の製造方法。

技術分野

0001

本発明は多品種製品を製造する、製鋼工場製鋼生産スケジュール作成を支援するための装置、製鋼生産スケジュール作成方法、当該製鋼生産スケジュール作成方法により製鋼工場の操業を行う操業方法、及び製鋼製品の製造方法に関する。

背景技術

0002

近年の多品種化による製造鋼種や高品質な製品の増加に伴う製造順番に関する制約条件の増加によって、製鋼生産スケジュールの作成はその複雑さが増大している。そのため製鋼生産スケジュールを探索による最適化手法を用いて自動的に計画を策定する技術が提案されている(特許文献1)。特許文献1の技術では、製造ロットを予め設定されている製造上の制約条件毎にグループ分類し、製造上の制約条件を満たしたグループの中から製造ロットを抽出して製造順序を決めている。

先行技術

0003

特開2000−317777号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1の技術では、操業上の制約の数が多くなるとグループの分類が多くなり、探索の効率を下げることになり、さらには制約条件を満たす解がそもそも存在しないことが発生する可能性がある。

0005

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的のひとつは、製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法、操業方法、及び製鋼製品の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置は、
1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の鋳造機を備えた多品種製品の製造を行う製鋼工場の製鋼生産スケジュール作成装置であって、
少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータ読込みを行うデータ入力部と、
前記データ入力部によって読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化部と、
前記Must条件を満たし、かつ前記評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成部と
を備えることを特徴とする。

0007

また、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置は、
前記Must条件が、
各チャージの通過工程パターンの選択に係る条件と、
前記通過工程パターンの各工程の開始時刻に係る条件と、
連々鋳セットの開始時刻に係る条件と、
前記通過工程の占有に係る条件と
を含むことを特徴とする。

0008

また、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置は、
前記Want条件が、
前記転炉において処理されるチャージ数に係る第1条件と、
出鋼希望日からの遅延日数に係る第2条件と、
前記二次精錬設備における前後のチャージの鋼種に係る第3条件と
を含むことを特徴とする。

0009

また、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置は、
前記第1条件、前記第2条件、及び前記第3条件に係る評価値のうち少なくとも1つを出力する出力部と、
作成された製鋼生産スケジュールの修正確定の実施と、再作成すべき連々鋳セットの指定を行う機能と、少なくとも製鋼生産スケジュールを下位のシステムへの送信、計画作成部での製鋼生産スケジュールの再作成、連々鋳セットデータを再作成と製鋼生産スケジュールの再作成の指示を行う計画出力・修正部と、
を備えることを特徴とする。

0010

また、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成方法は、
1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の鋳造機を備えた多品種製品の製造を行う製鋼工場の製鋼生産スケジュール作成方法であって、
少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係る連々鋳セットデータ、及びチャージに係るチャージデータの読込みを行うデータ入力ステップと、
前記データ入力ステップにおいて読込まれた連々鋳セットデータ及び前記チャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須のMust条件と、評価値により充足の度合いが定量化可能なWant条件との定式化を行う定式化ステップと、
前記Must条件を満たし、かつ前記評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する計画作成ステップと
を含むことを特徴とする。

0011

また、本発明の一実施形態に係る操業方法は、上記製鋼生産スケジュール作成装置により作成した製鋼生産スケジュールにより製鋼工場の操業を行うことを特徴とする。

0012

また、本発明の一実施形態に係る製鋼製品の製造方法は、製鋼生産スケジュール作成装置によって作成された計画に基づいて製造されることを特徴とする。

0013

また、本発明の一実施形態に係る製鋼製品の製造方法は、製鋼生産スケジュール作成方法によって作成された計画に基づいて製造されることを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置、製鋼生産スケジュール作成方法、操業方法、及び製鋼製品の製造方法によれば、製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる。

図面の簡単な説明

0015

製鋼工場の製品製造工程の模式図である。
チャージ、キャスト、及び連々鋳セットを示す図である。
本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置のブロック図である。
連々鋳セットに係る処理工程とチャージに係る処理工程との関係を示す図である。
通過工程パターンにおける現工程と次工程の関係図である。
連々鋳セットに係る現工程と次工程の関係図である。
転炉及び二次精錬設備に係る中間変数データ構造を示す図である。
鋳造機に係る中間変数のデータ構造を示す図である。
転炉及び二次精錬設備における現処理と次処理との関係図である。
鋳造機における現連々鋳と次連々鋳との関係図である。
製鋼生産スケジュールを表すガントチャートである。
本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置の動作を示すフローチャートである。

実施例

0016

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の製鋼生産スケジュール作成装置は、1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の連続鋳造設備(以下、鋳造機ともいう。)を備えた多品種製品の製造を行う製鋼工場において用いられる。

0017

[1.製鋼生産スケジュール作成装置の構成]
図1は、製鋼工場における製品の製造工程を示す模式図である。転炉1にて吹錬が終了した溶鋼取鍋2に注がれ、取鍋2単位で二次精錬設備3に搬送され、成分調整を行い、連続鋳造機4(鋳造機4)にて連続的に鋳造される。鋳造機4では溶鋼が所定の形に鋳造され、溶鋼が凝固した後に例えば1つ当たり数トンから数十トン程度のスラブビレットブルーム等と呼ばれる中間製品となる。製造された中間製品は下工程の圧延工場等に輸送され、複数の工程を経て最終的に厚板薄板鋼管等の最終製品となる。

0018

製鋼工場の製造工程において、溶鋼はチャージ、キャスト、及び連々鋳セットという単位で取り扱われる。図2は、チャージ、キャスト、及び連々鋳セットを示す図である。製鋼工場の製造工程において、転炉1から取鍋2に注がれた溶鋼を1チャージという。図2には2つのチャージ(チャージA及びチャージB)を図示している。また同鋼種の1以上のチャージ(図2ではチャージA及びチャージB)をロットとしてまとめたのをキャストという。また連続した鋳造が可能な1以上のキャストをロットとしてまとめたものを連々鋳セットという。鋳造機4にはチャージ単位で溶鋼をタンディシュ41に注ぎ、1つの連々鋳セットの連続鋳造が終了すると、タンディシュ41を交換し、次の連々鋳セットの連続鋳造を実行する。

0019

チャージ、キャスト、及び連々鋳セット(以下、これらをまとめてキャスト編成という。)は製造される製品の品質、機械的特性を支配する成分や中間製品の鋳造効率納期等を考慮して作成される。キャスト編成を作成する工程はキャスト編成作成工程と呼ばれる。

0020

製鋼生産スケジュールの作成は、上記キャスト編成作成工程で作成された連々鋳セットを基に、生産性向上及び製造コスト低減及び高品質製品製造を実現するために、各チャージが処理される工程での制約を考慮しながら、連々鋳セットの順序と連々鋳セット内の各チャージの転炉吹錬及び二次精錬等の通過工程パターンを決定する。通過工程パターンは、1基以上の転炉、1種類以上の二次精錬設備、及び1基以上の鋳造機から、チャージが処理される設備(転炉、二次精錬設備、鋳造機)を、選択することにより決定する。

0021

図3は本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10のブロック図である。概略として製鋼生産スケジュール作成装置10は、上位システム20及び下位システム30と通信可能に接続されており、これらと連携して動作する。

0022

上位システム20は上記のキャスト編成作成工程を行うものであり、記憶部21及びキャスト編成作成部22を備える。記憶部21は、例えばリレーショナルデータベース等で構成され、キャスト編成の他、製鋼生産スケジュール作成装置10が製鋼生産スケジュールを作成する際に使用するための各種データを記憶する。キャスト編成作成部22は、キャスト編成を作成する。

0023

製鋼生産スケジュール作成装置10は、上位システム20から受信したキャスト編成に基づき、製鋼生産スケジュールを作成する。また製鋼生産スケジュール作成装置10は、作成した製鋼生産スケジュールを下位システム30に送信する。下位システム30は、例えば熱延生産計画システムである。

0024

以下、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10の各構成について説明する。本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10は、データ入力部101と、定式化部102と、計画作成部103と、計画出力/修正部104とを備える。

0025

データ入力部101は、製鋼生産スケジュール作成装置10に対するデータの入力操作受け付ける。データ入力部101は、例えば通信手段及びキーボード及びマウス等の入力手段により構成される。データ入力部101は、通信手段を介して上位システム20のキャスト編成作成部22が作成したキャスト編成、すなわち少なくとも1つ以上のチャージを含む連々鋳セットに係るデータ(以下、連々鋳セットデータともいう。)と、チャージに係るデータ(以下、チャージデータともいう。)を読み込む。

0026

またデータ入力部101は、計画立案者(以下、ユーザという。)からの入力を受け付け、チャージ単位、連々鋳セット単位操業制約に係るデータも読み込む。

0027

定式化部102は、データ入力部101によって読込まれたキャスト編成、すなわち連々鋳セットデータ及びチャージデータに基づいて、製鋼生産スケジュールを作成する上で必須の条件(以下、Must条件という。)と、評価値により充足の度合いが定量化可能な条件(以下、Want条件という。)との定式化を行う。定式化部102は、定義する変数及び条件式等を、製鋼生産スケジュール作成装置10の記憶部に適宜記憶する。以下、定式化部102による定式化について説明する。

0028

[2.Must条件およびWant条件の定式化]
[2−1.データ及び決定変数の定義]
定式化部102は、連々鋳セットに係る処理工程とチャージに係る処理工程との関係に基づいて定式化を行う。図4に連々鋳セットに係る処理工程とチャージに係る処理工程の関係を模式的に示す。図4は、ある連々鋳セット(連々鋳セット1及び連々鋳セット2)と、連々鋳セットに含まれるあるチャージ(チャージ:e)に係る処理工程を図示している。図4に示すように、連々鋳セット1及び連々鋳セット2に係る処理工程は、それぞれ1つ以上のチャージの鋳造に係る工程と、タンディッシュ交換に係る工程とから構成される。

0029

連々鋳セットのチャージは、通過工程パターンに沿って各設備(転炉、二次精錬、及び鋳造機)おいて処理される。通過工程パターンを複数採用可能である場合、そのうちの1つが選択される。図4に示すチャージeは、2つの通過工程パターン(通過工程パターン1及び通過工程パターン2)を採用可能である。ここでチャージの処理工程は、各設備での処理工程と、各設備間の移動工程(搬送工程)を含む。各チャージは、各設備における処理時間の間、各設備を占有する。当該処理時間が終了した後、チャージは工程間移動時間かけて次工程に搬送される。チャージの処理工程における最後尾の処理は、鋳造機での鋳造である。したがって連々鋳セット内のチャージの鋳造時間は、チャージの通過工程パターンの最後尾の処理工程にかかる処理時間と等しい。

0030

上述の連々鋳セットに係る処理工程とチャージに係る処理工程の関係を定式化するため、定式化部102は、連々鋳セットデータ及びチャージデータを定義する。連々鋳セットデータは、以下の数式(1)で表される。



ここで、ccm、cc、c_ord、CCM、CC(ccm)及びC_ORD(ccm,cc)は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
ccm:鋳造機を示すIndex
cc:連々鋳セットを示すIndex
c_ord:鋳造順を示すIndex
CCM:鋳造機の集合
CC(ccm):鋳造機ccmの持つ連々鋳セットの集合
C_ORD(ccm,cc):鋳造機ccmの持つ連々鋳セットccの鋳造順の集合

0031

なお以降の説明で、CCSet[ccm].XXXと表記する場合、鋳造機ccmに関するデータを表す。また、CCSet[ccm][cc].XXXと表記する場合、鋳造機ccmで鋳造される連々鋳セットccに関するデータを表す。また、CCSet[ccm][cc][c_ord].XXXと表記する場合、鋳造機ccmで鋳造される連々鋳セットccのうちc_ord番目鋳造工程に関するデータを表す。

0032

次に定式化部102は、チャージに係るチャージデータを定義する。チャージデータは、以下の数式(2)で表される。



ここでch、ptn、f_ord、CH、PTN(ch)及びF_ORD(ch,ptn)は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
ch:チャージを示すIndex
ptn:通過工程パターンを示すIndex
f_ord:通過工程順を示すIndex
CH:チャージの集合
PTN(ch):チャージchにおける通過工程パターンの集合
F_ORD(ch,ptn):チャージchの通過工程パターンptnの通過工程順の集合

0033

なお以降の説明で、CH[ch].XXXと表記する場合、チャージchに関するデータを表す。また、CH[ch][ptn].XXXと表記する場合、チャージchの通過工程パターンptnに関するデータを表す。また、CH[ch][ptn][f_ord].XXXと表記する場合、チャージchの通過工程パターンptnのf_ord番目の工程に関するデータを表す。

0034

次に定式化部102は、上記の通り定義した連々鋳セットデータ及びチャージデータについて、製鋼生産スケジュールを作成する上で決定する変数(以下、決定変数という。)を、以下の数式(3)から(9)により定義する。なお製鋼生産スケジュールを作成するためには、各連々鋳セットの鋳造開始時刻及び鋳造時間と、各チャージについて選択された通過工程パターンの、各工程の到着時刻及び開始時刻を定めればよい。



数式(3)(4)はそれぞれ、連々鋳セットに含まれる各チャージの鋳造開始時刻、及び鋳造処理時間を表す決定変数である。



数式(5)(6)はそれぞれ、連々鋳セットの鋳造開始時刻、及び鋳造処理時間を表す決定変数である。



数式(7)(8)はそれぞれ、通過工程パターンの各工程への到着時刻、及び各工程の処理開始時刻を表す決定変数である。数式(7)に示す各工程への到着時刻を決定変数とすることにより、設備における待ち時間を考慮した製鋼生産スケジュールを作成できる。



数式(9)はチャージchの通過工程パターンptnが、選択された通過工程パターンであるか否かを表す決定変数である。通過工程パターンptnが選択された通過工程パターンである場合、CH[ch][ptn].vSelectは1である。一方、通過工程パターンptnが選択されていない通過工程パターンである場合、CH[ch][ptn].vSelectは0である。

0035

[2−2.Must条件の定式化]
次に、定式化部102が行うMust条件の定式化について説明する。Must条件は以下の4つの条件を含む。
第1のMust条件:各チャージの通過工程パターンの選択に係る条件
第2のMust条件:通過工程パターンの各工程の開始時刻に係る条件
第3のMust条件:連々鋳セットの開始時刻に係る条件
第4のMust条件:通過工程の設備におけるチャージの占有に係る条件
以下、それぞれの条件の定式化について説明する。

0036

[2−2−1.第1のMust条件]
はじめに第1のMust条件、すなわち各チャージの通過工程パターンの選択に係る条件について説明する。第1のMust条件は以下の数式(10)で表される。



数式(10)に示すように、第1のMust条件は、各チャージが通過工程パターンを1つしか選択できないという条件である。当該条件を満たすように、第1のMust条件に係る決定変数(数式(9))を決定する必要がある。

0037

[2−2−2.第2のMust条件]
次に第2のMust条件、すなわち通過工程パターンの各工程の開始時刻に係る条件について説明する。第2のMust条件は、以下の数式(11)から(13)で表される。



ここでCH[ch][ptn][f_ord].cProcTime、CH[ch][ptn][f_ord].cNextMovTime、CH[ch][ptn][f_ord+1].cWaitMin、及びCH[ch][ptn][f_ord+1].cWaitMaxは、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
CH[ch][ptn][f_ord].cProcTime:現工程処理時間
CH[ch][ptn][f_ord].cNextMovTime:現工程から次工程への移動時間(次工程移動時間)
CH[ch][ptn][f_ord+1].cWaitMin:次工程の待ち時間最小値
CH[ch][ptn][f_ord+1].cWaitMax:次工程の待ち時間最大値

0038

図5は、各チャージの通過工程パターンにおける現工程と次工程の関係図である。当該関係を表す関係式が数式(11)から数式(13)である。数式(11)は、次工程の到着時刻が、現工程処理開始時刻、現工程処理時間、及び次工程移動時間の和であることを表している。数式(12)は、次工程の到着時刻と次工程の処理開始時刻との差が、次工程の待ち時間最小値以上であることを表している。数式(13)は次工程の到着時刻と次工程の処理開始時刻との差が、次工程の待ち時間最大値以下であることを表している。このように、第2のMust条件は、次工程の到着時刻が、現工程処理開始時刻、現工程処理時間、及び次工程移動時間の和であること、及び次工程の到着時刻と次工程の処理開始時刻との差が次工程の待ち時間最小値以上であり、かつ次工程の待ち時間最大値以下であることという条件である。当該条件を満たすように第2のMust条件に係る決定変数(数式(7)及び(8))を決定する必要がある。

0039

[2−2−3.第3のMust条件]
続いて第3のMust条件、すなわち連々鋳セットの開始時刻に係る条件について説明する。第3のMust条件は、以下の数式(14)から(18)で表される。



ここでCCSet[ccm][cc][c_ord].cChID、Ch[ch].cChID、CH[ch][ptn][f_ord]cFcltyは、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
CCSet[ccm][cc][c_ord].cChID:鋳造機ccmの連々鋳セットccのc_ord番目の鋳造に割り当てられたチャージを示す識別子(ID)
Ch[ch].cChID:チャージchのID
CH[ch][ptn][f_ord]cFclty:チャージchに係る通過工程パターンptnのf_ord番目の工程の設備を示す識別子(設備コード

0040

数式(14)は、連々鋳セットデータに含まれる各チャージの鋳造開始時刻が、当該チャージに対応するチャージデータの鋳造機における工程処理時間と同一であることを表している。同様に数式(15)は、連々鋳セットデータに含まれる各チャージに係る鋳造処理時間が、当該チャージに対応するチャージデータの鋳造機における工程処理時間と同一であることを表している。

0041

数式(16)は、連々鋳セットデータに含まれる、あるチャージの鋳造開始時刻に該チャージに係る鋳造処理時間を加算した値が、該チャージの次のチャージの鋳造開始時刻に等しくなることを表している。図6に示すように連々鋳セットの各チャージは連続して鋳造されなければならない。そのため数式(16)が成り立つ必要がある。



ここでMin()は、以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
Min():()内の最小値を返す関数

0042

数式(17)は、連々鋳セットの開始時刻が、連々鋳セットに含まれる各チャージの鋳造開始時刻の最小値に等しいことを表している。数式(18)は、連々鋳セットの鋳造処理時間が、連々鋳セットに含まれる各チャージの鋳造処理時間の総和に等しいことを表している。以上説明した第3のMust条件を満たすように、第3のMust条件に係る決定変数(数式(3)乃至(6))を決定する必要がある。

0043

[2−2−4.第4のMust条件]
続いて第4のMust条件、すなわち通過工程の設備における占有に係る条件について説明する。各チャージ又は連々鋳セットが通過する処理工程では、設備毎処理順に基づいた占有条件を満たす必要がある。チャージの種別によっては、通過する設備での段取り時間(前段取り時間及び後段取り時間)が必要になる。以下、第4のMust条件の定式化のために第1中間変数及び第2中間変数を定義する。第1中間変数は転炉及び二次精錬設備に関する変数であり、以下の数式(19)で表される。



ここでfcl、p_ord、FCL、P_ORD(fcl)は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
fcl:転炉、二次精錬設備のIndex
p_ord:処理順序のIndex
FCL:転炉、二次精錬設備の集合
P_ORD(fcl):設備fclにおける処理順序の集合

0044

一方、第2中間変数は、鋳造機に関する変数であり、以下の数式(20)で表される。



ここでct_ord、CT_ORD(ccm)は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
ct_ord:連々鋳順序を示すIndex
CT_ORD(ccm):鋳造機ccmにおける連々鋳順序の集合

0045

続いて第1中間変数とチャージデータとの対応付けを以下の数式(21)及び(22)により行う。



ここでA.append(B)は、以下を意味する。
A.append(B):配列AにデータBを追加する関数

0046

数式(21)は、チャージデータに係るチャージの通過工程パターンの設備が転炉又は二次精錬設備である場合、対応する設備コードの各第1中間変数に、当該チャージデータを追加することを表している。



ここでA.sort(key:X)は、以下を意味する。
A.sort(key:X):配列Aの各要素を、Xをキーとして昇順ソートする関数

0047

数式(22)は、第1中間変数に追加されたデータを、処理開始時刻で昇順にソートすることを表している。図7は転炉1及び二次精錬1に係る第1中間変数のデータ構造の概念図である。図7に示すとおり、第1中間変数には、各転炉及び各二次精錬設備において処理されるチャージが、処理開始時刻をキーとして昇順にソートされて格納されている。なお図7において処理開始時刻a1、a2、a3は、この順に早い時刻であるものとしている。同様に図7において処理開始時刻b1、b2、b3は、この順に早い時刻であるものとしている。

0048

同様に第2中間変数と連々鋳セットデータとの対応付けを以下の数式(23)及び(24)により行う。

0049

数式(23)は、連々鋳セットデータに係る連々鋳セットが鋳造される鋳造機のIndexに基づき、各第2中間変数に当該連々鋳セットデータを追加することを表している。

0050

数式(24)は、第2中間変数に追加されたデータを、処理開始時刻(鋳造開始時刻)で昇順にソートすることを表している。図8は鋳造機1及び鋳造機2に係る第2中間変数のデータ構造の概念図である。図8に示すとおり、第2中間変数には、各鋳造機において処理される連々鋳セットが、鋳造開始時刻をキーとして昇順にソートされて格納されている。なお図8において鋳造開始時刻c1、c2、c3は、この順に早い時刻であるものとしている。同様に図8において処理開始時刻d1、d2、d3は、この順に早い時刻であるものとしている。

0051

このようにして定めた第1中間変数及び第2中間変数に関して、以下の数式(25)から(27)を満たすことにより、通過工程の各設備における占有に係る条件を表すことができる。すなわち第4のMust条件は、以下の数式(25)から(27)で表される。



ここでcStartTimeCnst[fcl]、vmFcltySeq[fcl][p_ord].vStart、vmFcltySeq[fcl][p_ord].cProcTime、vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPstSetTime、及びvmFcltySeq[fcl][p_ord+1].cPreSetTime、及びMax()は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
cStartTimeCnst[fcl]:各設備の処理開始可能時刻
vmFcltySeq[fcl][p_ord].vStart:現処理の処理開始時刻
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cProcTime:現処理の処理時間
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPstSetTime:現処理の後段取り時間
vmFcltySeq[fcl][p_ord+1].cPreSetTime: 前処理の前段取り時間
Max():()内の最大値を返す関数

0052

数式(25)は、第1中間変数に係る各設備の最初の処理に係るチャージの処理開始時間は、各設備の処理開始可能時刻以降であることを表している。数式(26)は、転炉及び二次精錬設備における現処理と次処理との関係を示す条件式である。図9に、転炉及び二次精錬設備における現処理と次処理の関係図を示す。図9及び数式(26)に示すように、現処理の処理開始時刻に現処理の処理時間と、所定の段取り時間を加算した値が、次処理の処理開始時刻以前である必要がある。所定の段取り時間とは、現処理の後段取り時間及び次処理の前段取り時間のどちらか長時間を要する方と等しい。図9では、次処理の前段取り時間の方が現処理の後段取り時間よりも長いため、この場合、所定の段取り時間は次処理の前段取り時間に等しい。



ここでvmCastSeq[ccm][ct_ord].vStart、vmCastSeq[ccm][ct_ord].vCastTime、vmCastSeq[ccm][ct_ord].cTDTimeは以下を意味する。
vmCastSeq[ccm][ct_ord].vStart:現鋳造(現連々鋳)の開始時刻
vmCastSeq[ccm][ct_ord].vCastTime:現鋳造の鋳造時間(連々鋳時間)
vmCastSeq[ccm][ct_ord].cTDTime:タンディッシュ(TD)交換時間

0053

数式(27)は、鋳造機における現処理(現連々鋳)と次処理(次連々鋳)との関係を示す条件式である。図10に、現連々鋳と次連々鋳との関係図を示す。図10及び数式(27)に示すように、現連々鋳の開始時刻に連々鋳時間及びTD交換時間を加算した値は、次連々鋳開始時刻以前である必要がある。

0054

以上の第4のMust条件を満たすように、第4のMust条件に係る第1中間変数及び第2中間変数(数式(19)及び(20))を決定する必要がある。

0055

[2−3.Want条件の定式化]
次に、定式化部102が行うWant条件の定式化について説明する。上述の通り、Want条件は評価値により充足の度合いが定量化可能である。Want条件は以下の3つの条件を含む。
第1のWant条件:転炉において処理されるチャージ数に係る条件
第2のWant条件:出鋼希望日からの遅延日数に係る条件
第3のWant条件:二次精錬設備における前後のチャージの鋼種に係る条件
以下、それぞれの条件の定式化について説明する。

0056

[2−3−1.第1のWant条件]
はじめに第1のWant条件について説明する。第1のWant条件は、転炉において処理されるチャージ数に係る条件である。具体的には例えば第1のWant条件は、ある期間内に転炉において処理されるチャージ数が、当該期間内の処理されるチャージ数の目標と等しいことである。第1のWant条件の評価値を規定するために、以下の中間変数vmChNum[ld]を定義する。



ここでld、LD、vmFcltySeq[fcl][p_ord].vEnd、cPlanSpanはそれぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
ld:転炉を示すIndex
LD:転炉の集合
vmFcltySeq[fcl][p_ord].vEnd:設備fclのp_ord番目の処理の処理終了時刻
cPlanSpan:計画作成期間
なお数式(28)は、vmChNum[ld]の値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。具体的には、各転炉において処理される全てのチャージについて、処理終了時刻が、計画作成期間の終了よりも前で、かつ転炉の処理開始時刻以降であるか否かを判定し、処理終了時刻が当該判定条件を満たした場合にvmChNum[ld]をインクリメントする。したがって、vmChNum[ld]は、転炉ldの計画作成期間内の処理チャージ数に等しくなる。

0057

第1のWant条件に係る評価値vmWCnstEst[1]は、以下の数式(29)により規定される。



ここでcGoalCH[ld]は以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
cGoalCH[ld]:転炉ldの計画作成期間内の処理目標チャージ数
なおcGoalCH[ld]は、データ入力部101により入力される。
数式(29)に示す評価値が低い程、第1のWant条件の充足の度合いが高い。一方、評価値が高いほど第1のWant条件の充足の度合いが低い。例えば全ての転炉においてvmChNum[ld]が計画作成期間内の目標チャージ数と等しい場合、数式(29)に示す評価値は0となる。この場合第1のWant条件の充足の度合いが高い。

0058

[2−3−2.第2のWant条件]
次に第2のWant条件について説明する。第2のWant条件は、出鋼希望日からの遅延日数に係る条件である。具体的には例えば第2のWant条件は、出鋼希望日から遅延日数が0(日)であることである。第2のWant条件の評価値を規定するために、以下の中間変数vmReqNumを定義する。



ここでvmFcltySeq[fcl][p_ord].cReqTimeMaxは、以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cReqTimeMax:各チャージの転炉出鋼要望日(分単位)
なお数式(30)は、vmReqNumの値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。具体的には、各転炉において処理される全てのチャージについて、チャージの転炉出鋼要望日が0より大きいかを判定する。そしてチャージの転炉出鋼要望日が0より大きい場合、vmReqNumの値をインクリメントする。したがって、vmReqNumは、転炉出鋼要望日が指定されているチャージ数と等しくなる。
なお上記vmFcltySeq[fcl][p_ord].cReqTimeMaxは、データ入力部101により入力される。

0059

第2のWant条件に係る評価値vmWCnstEst[2]は、以下の数式(31)により規定される。



数式(31)の右辺分子は、転炉での各チャージの処理終了時刻が、当該チャージの転炉出鋼要望日から遅延している時間(分単位)の合計値を表す。分母は、出講要望日が指定されているチャージ数に、一日を分単位で表した値を乗算した値(60(分)×24(時間))である。すなわち第2のWant条件の評価値は、ある転炉で処理されるチャージに関する、実際の出鋼日が転炉出鋼要望日から遅延している日数平均値を表す。そして数式(31)に示す評価値が低い程、第2のWant条件の充足の度合いが高い。一方、評価値が高いほど第2のWant条件の充足の度合いが低い。

0060

[2−3−3.第3のWant条件]
続いて第3のWant条件について説明する。第3のWant条件は、二次精錬設備における前後のチャージの鋼種に係る条件である。チャージの鋼種によっては、二次精錬設備において連続して配置しないほうが好ましいという制約がある。当該制約を全て満たそうとすると、実行可能解が得られない場合がある。そこで本実施形態では、当該制約を第3のWant条件として定義し、充足の度合いを定量的に評価する。第3のWant条件の評価値を規定するために、以下数式(32)で表される中間変数vmPrvNum及び数式(33)で表される中間変数vmWCnst_tmp[3]を定義する。



ここでvmFcltySeq[fcl][p_ord].cPrvCnstは以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPrvCnst:前配置制約であり、Trueの場合は制約あり、Falseの場合は制約なし。fclが転炉のIndexの場合、vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPrvCnstはFalseである。
なお数式(32)は、vmPrvNumの値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。具体的には、転炉及び二次精錬設備において処理される全てのチャージについて、前配置制約があるか否かを判定し、前配置制約がある場合にvmPrvNumをインクリメントする。したがってvmPrvNumは、前配置制約が指定されているチャージ数に等しくなる。



ここでfind(x[],y)、vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPrvCh[]は、それぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
find(x[],y):配列x[]中に値yがある場合にTrue、無い場合にFalseを返す関数
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cPrvCh[]:前配置可能なチャージのID
なお数式(33)は、vmWCnst_tmp[3]の値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。すなわち、vmWCnst_tmp[3]は、前配置可能なチャージが存在しない場合の数を表す。

0061

また、第3のWant条件の評価値を規定するために、以下(34)で表される中間変数vmNxtNum及び数式(35)で表される中間変数vmWCnst_tmp[4]を定義する。



ここでvmFcltySeq[fcl][p_ord].cNxtCnstは以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cNxtCnst:後配置制約であり、Trueの場合は制約あり、Falseの場合は制約なし。fclが転炉のIndexの場合、vmFcltySeq[fcl][p_ord].cNxtCnst はFalseである。
なお数式(34)は、vmNxtNumの値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。具体的には、転炉及び二次精錬設備において処理される全てのチャージについて、後配置制約があるか否かを判定し、後配置制約がある場合にvmNxtNumをインクリメントする。したがってvmNxtNumは、後配置制約が指定されているチャージ数に等しくなる。



ここでvmFcltySeq[fcl][p_ord].cNxtCh[]は、以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
vmFcltySeq[fcl][p_ord].cNxtCh[]:後配置可能なチャージのID
なお数式(35)は、vmWCnst_tmp[4]の値をインクリメントする(1を加算する)ことを表している。すなわち、vmWCnst_tmp[4]は、後配置可能なチャージが存在しない場合の数を表す。

0062

そして第3のWant条件に係る評価値vmWCnstEst[3]及びvmWCnstEst[4]は、以下の数式(36)(37)により規定される。



数式(36)は、前配置制約が指定されているチャージが、前配置制約を満たさない割合を示す。一方数式(37)は、後配置制約が指定されているチャージが、後配置制約を満たさない割合を示す。数式(36)及び(37)に示す評価値の和が低い程、第3のWant条件の充足の度合いが高い。一方、評価値が高いほど第3のWant条件の充足の度合いが低い。
[3.探索処理]

0063

計画作成部103は、定式化部102で定式化された条件に基づき、Must条件を満たし、かつ評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する。具体的には計画作成部103は、以下の数式(38)に示す評価値の和が最小化するように周知の数理ソルバ又はメタヒューリスティックス手法を用いて探索処理を行ない、決定変数及び第1中間変数及び第2中間変数を導出する。決定変数、第1中間変数、及び第2中間変数の解が導出されれば、製鋼生産スケジュールが定まる。



ここでw_cnst、W_CNSTはそれぞれ以下を意味し、本明細書において、以後同様の意味で使用される。
W_cnst:Want条件のIndex。ここでは1から4。
W_CNST:Want条件の集合
なお計画作成部103は、上記数式(38)に示す評価値の和が0である場合、評価値が0となる決定変数を解として決定し、探索処理を終了してもよい。

0064

[4.計画出力]
計画出力/修正部104は、計画作成部103により作成された製鋼生産スケジュール及び評価値を出力する。具体的には計画出力/修正部104は、作成された製鋼生産スケジュールの修正、確定の実施と、再作成すべき連々鋳セットの指定を行う機能と、少なくとも製鋼生産スケジュールを下位のシステムへの送信、計画作成部103での製鋼生産スケジュールの再作成、連々鋳セットデータを再作成と製鋼生産スケジュールの再作成の指示を行う。例えば計画出力/修正部104は、例えばディスプレイ等の出力装置及びキーボード等の入力装置により構成され、製鋼生産スケジュールを図11に示すガントチャートの形式により表示する。また計画出力/修正部104は、Want条件の評価値(数式(38)の値)を表示する。ユーザは計画出力/修正部104が出力した製鋼生産スケジュール及び評価値に基づき、作成された製鋼生産スケジュールを評価し、製鋼生産スケジュールの確定、修正等を行う。ユーザが製鋼生産スケジュールを確定した場合、製鋼生産スケジュール作成装置10は作成した製鋼生産スケジュールを下位システム30に送信する。一方、ユーザが製鋼生産スケジュールを修正する場合は、再度製鋼生産スケジュールを作成する。この場合、例えば上位システム20のキャスト編成作成部22におけるキャスト編成を再度行った後に、再度データ入力、定式化、計画作成を行って製鋼生産スケジュールを作成する。あるいは計画出力/修正部104が出力したスケジュールに係る通過工程パターンの選択を選択不可にして、再度スケジュールを作成してもよい。

0065

そして本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10により作成した製鋼生産スケジュールにより、製鋼工場の操業を行う。

0066

[5.製鋼生産スケジュール作成装置の動作]
次に、本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10について、図12に示すフローチャートによりその動作を説明する。

0067

はじめにデータ入力部101は、製鋼生産スケジュール作成装置10に対するデータの入力操作を受け付ける。具体的にはデータ入力部101は、通信手段を介して上位システム20のキャスト編成作成部22が作成したキャスト編成、すなわち連々鋳セットデータと、チャージデータを読み込む(ステップS1)。またデータ入力部101は、ユーザからの入力を受け付け、チャージ単位、連々鋳セット単位の操業制約に係るデータも読み込む。

0068

次に定式化部102は、データ入力部101によって読込まれたキャスト編成、すなわち連々鋳セットデータ及びチャージデータに基づいて、Must条件とWant条件の定式化を行う(ステップS2)。

0069

続いて計画作成部103は、定式化部102で定式化された条件に基づき、Must条件を満たし、かつWant条件に係る評価値を最小化するように探索処理を行なって製鋼生産スケジュールを作成する(ステップS3)。具体的には計画作成部103は、上記数式(38)に示す評価値の和が最小化するように周知の数理ソルバ又はメタヒューリスティックス手法を用いて探索処理を行ない、決定変数及び第1中間変数及び第2中間変数を導出する。決定変数、第1中間変数、及び第2中間変数の解が導出されれば、製鋼生産スケジュールが定まる。

0070

続いて計画出力/修正部104は、計画作成部103により作成された製鋼生産スケジュール及び評価値を出力する(ステップS4)。

0071

続いて製鋼生産スケジュール作成装置10は、製鋼生産スケジュールについてユーザから修正があるか否かを計画出力/修正部104による操作入力により判定する(ステップS5)。製鋼生産スケジュールについて修正しないと判定した場合(製鋼生産スケジュールを確定したと判定した場合)、製鋼生産スケジュール作成装置10は作成した製鋼生産スケジュールを下位システム30に送信して処理を終了する。一方、製鋼生産スケジュールについて修正する判定した場合、上位システム20のキャスト編成作成部22におけるキャスト編成を再度行った後に、ステップS1に戻り、製鋼生産スケジュールを再度作成する。

0072

このように本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10によれば、Must条件を満たし、かつWant条件に係る評価値に基づき製鋼生産スケジュールを作成するため、製鋼生産スケジュールの探索の効率の低下を防止できる。特に本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10によれば、一部の制約条件をWant条件とし、Want条件の充足の度合いに応じて解の探索処理をするため、解が存在しなくなることを抑制することができる。

0073

なお、転炉から二次精錬、連続鋳造までの製鋼生産スケジュールは、キャスト編成工程で作成した、連々鋳セット及びキャストを基にしている。近年の顧客ニーズの更なる多様化による、中小ロット比率に増大により、あるキャスト編成に基づく製鋼生産スケジュールでは二次精錬能力超過させてしまう等の問題を招く恐れもある。本発明の一実施形態に係る製鋼生産スケジュール作成装置10によれば、製鋼生産スケジュールを高速に作成してその結果を計画立案者に的確に表示させ、必要に応じてキャスト編成工程まで戻り、各品種間調整を実施した上でキャスト及び連々鋳セットを再作成できる。さらに再作成した連々鋳セットによりキャスト及び製鋼生産スケジュールを再作成する作業を容易に行うことができる。

0074

なお、本実施の形態では、計画作成部103は、数式(38)に示すように第1のWant条件から第3のWant条件の各々の評価値(数式(29)、(31)、(36)、及び(37)の値)を合計した値に基づき探索処理をしたがこれに限られない。例えば数式(38)の代わりに、第1のWant条件から第3のWant条件の各々の評価値(数式(29)、(31)、(36)、及び(37)の値)に所定の重み付け係数を乗算して合計し、当該合計値に基づき探索処理をしてもよい。このようにすることで所定のWant条件の評価値を他のWant条件の評価値よりも厳しく判断することができる。例えば、より転炉において処理されるチャージ数の目標値に近づけることが重要である場合(第1のWant条件を第2のWant条件及び第3のWant条件よりも重視する場合)、第1のWant条件に係る重み付け係数を、第2のWant条件及び第3のWant条件に係る重み付け係数よりも大きくしてもよい。

0075

なお、本実施の形態では、計画出力/修正部104は、Want条件の評価値(数式(38)の値)を表示するとしたがこれに限られない。例えば計画出力/修正部104は、第1のWant条件、第2のWant条件、及び第3のWant条件の各々の評価値(数式(29)、(31)、(36)、及び(37)の値)を出力してもよい。或いは計画出力/修正部104は、第1のWant条件から第3のWant条件の各々の評価値(数式(29)、(31)、(36)、及び(37)の値)のうち少なくとも1つを出力するようにしてもよい。

0076

ここで、製鋼生産スケジュール作成装置10として機能させるために、コンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは製鋼生産スケジュール作成装置10の各機能を実現する処理内容記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータの中央演算処理装置(CPU)によってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。

0077

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

0078

1転炉
2取鍋
3二次精錬設備
4鋳造機
10製鋼生産スケジュール作成装置
20上位システム
21 記憶部
22キャスト編成作成部
30下位システム
41タンディシュ
101データ入力部
102定式化部
103計画作成部
104計画出力/修正部

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