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特開2022-101762搬送容器引当計画作成方法、搬送容器引当計画作成装置、および製鉄所の操業方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022101762
(43)【公開日】2022-07-07
(54)【発明の名称】搬送容器引当計画作成方法、搬送容器引当計画作成装置、および製鉄所の操業方法
(51)【国際特許分類】
G05B 19/418 20060101AFI20220630BHJP
G06Q 50/04 20120101ALI20220630BHJP
C21C 7/00 20060101ALI20220630BHJP
【ＦＩ】
G05B19/418 Z
G06Q50/04
C21C7/00 R
C21C7/00 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020216027
(22)【出願日】2020-12-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中辻 一浩
【テーマコード（参考）】
3C100
4K013
5L049
【Ｆターム（参考）】
3C100AA06
3C100AA12
3C100AA16
3C100AA34
3C100AA47
3C100BB01
3C100BB13
3C100BB31
3C100EE10
4K013CF11
4K013CF13
4K013FA11
5L049CC03
(57)【要約】
【課題】従来は最適化計算段階で考慮できていなかった評価基準を最適化計算段階で考慮することによってバッチプロセスの処理単位に搬送容器を効率よく引き当てること。
【解決手段】溶鋼鍋毎に出鋼チャージに引き当てるか否かを表した引当ルートを作成するとともに、各溶鋼鍋単独で考慮可能な制約を充足する引当ルートを溶鋼鍋毎に列挙し（ステップＳ２）、使用する溶鋼鍋数の評価値および複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な制約とを含む数理モデルを作成し（ステップＳ３）、その数理モデルの値が小さくなる引当ルートを溶鋼鍋毎に選択するとともに、当該選択された引当ルートを解とする複数の解を出力し（ステップＳ４）、その複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく解を最終解として出力する（ステップＳ６）。
【選択図】図９
【解決手段】溶鋼鍋毎に出鋼チャージに引き当てるか否かを表した引当ルートを作成するとともに、各溶鋼鍋単独で考慮可能な制約を充足する引当ルートを溶鋼鍋毎に列挙し（ステップＳ２）、使用する溶鋼鍋数の評価値および複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な制約とを含む数理モデルを作成し（ステップＳ３）、その数理モデルの値が小さくなる引当ルートを溶鋼鍋毎に選択するとともに、当該選択された引当ルートを解とする複数の解を出力し（ステップＳ４）、その複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく解を最終解として出力する（ステップＳ６）。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッチプロセスの処理単位ごとの生成物を搬送する搬送容器を、該処理単位ごとに引き当てる搬送容器引当計画作成方法において、
搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成ステップと、
少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成ステップと、
前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算ステップと、
前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力ステップと
を含むことを特徴とする搬送容器引当計画作成方法。
搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成ステップと、
少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成ステップと、
前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算ステップと、
前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力ステップと
を含むことを特徴とする搬送容器引当計画作成方法。
【請求項2】
前記搬送容器引当最適化計算ステップにより選択された複数の解について、複数の評価基準を定量的に評価する評価基準確認ステップ、をさらに含み、
前記最終解出力ステップは、前記搬送容器引当最適化計算ステップにより選択された複数の解について、前記評価基準確認ステップにて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の搬送容器引当計画作成方法。
前記最終解出力ステップは、前記搬送容器引当最適化計算ステップにより選択された複数の解について、前記評価基準確認ステップにて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の搬送容器引当計画作成方法。
【請求項3】
前記搬送容器引当モデル作成ステップは、前記評価基準に前記搬送容器の整備時間を少なくとも含み、前記整備時間の分布を考慮して前記複数の搬送容器間での前記整備時間の重複を評価する
ことを特徴とする請求項２に記載の搬送容器引当計画作成方法。
ことを特徴とする請求項２に記載の搬送容器引当計画作成方法。
【請求項4】
前記搬送容器引当モデル作成ステップは、前記数理モデルをイジングモデルもしくはＱＵＢＯに則り作成し、
前記搬送容器引当最適化計算ステップは、アニーリングマシンによって前記複数の解を出力する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成方法。
前記搬送容器引当最適化計算ステップは、アニーリングマシンによって前記複数の解を出力する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成方法。
【請求項5】
前記バッチプロセスは、精錬であり、
前記処理単位は、出鋼チャージであり、
前記生成物は、溶鋼であり、
前記搬送容器は、溶鋼鍋である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成方法。
前記処理単位は、出鋼チャージであり、
前記生成物は、溶鋼であり、
前記搬送容器は、溶鋼鍋である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成方法。
【請求項6】
バッチプロセスの処理単位ごとの生成物を搬送する搬送容器を、該処理単位ごとに引き当てる搬送容器引当計画作成装置において、
搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成手段と、
少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成手段と、
前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算手段と、
前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力手段と
を有することを特徴とする搬送容器引当計画作成装置。
搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成手段と、
少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成手段と、
前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算手段と、
前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力手段と
を有することを特徴とする搬送容器引当計画作成装置。
【請求項7】
前記搬送容器引当最適化計算手段により選択された複数の解について、複数の評価基準を定量的に評価する評価基準確認手段、をさらに含み、
前記最終解出力手段は、前記搬送容器引当最適化計算手段により選択された複数の解について、前記評価基準確認手段にて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の搬送容器引当計画作成装置。
前記最終解出力手段は、前記搬送容器引当最適化計算手段により選択された複数の解について、前記評価基準確認手段にて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の搬送容器引当計画作成装置。
【請求項8】
前記搬送容器引当モデル作成手段は、前記評価基準に前記搬送容器の整備時間を少なくとも含み、前記整備時間の分布を考慮して前記複数の搬送容器間での前記整備時間の重複を評価する
ことを特徴とする請求項７に記載の搬送容器引当計画作成装置。
ことを特徴とする請求項７に記載の搬送容器引当計画作成装置。
【請求項9】
前記搬送容器引当モデル作成手段は、前記数理モデルをイジングモデルもしくはＱＵＢＯに則り作成し、
前記搬送容器引当最適化計算手段は、アニーリングマシンによって前記複数の解を出力する
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成装置。
前記搬送容器引当最適化計算手段は、アニーリングマシンによって前記複数の解を出力する
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成装置。
【請求項10】
前記バッチプロセスは、精錬であり、
前記処理単位は、出鋼チャージであり、
前記生成物は、溶鋼であり、
前記搬送容器は、溶鋼鍋である
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成装置。
前記処理単位は、出鋼チャージであり、
前記生成物は、溶鋼であり、
前記搬送容器は、溶鋼鍋である
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成装置。
【請求項11】
請求項１から５のいずれか１項に記載の搬送容器引当計画作成方法により作成された搬送容器引当計画を用いて製鉄所の操業を行うことを特徴とする製鉄所の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、搬送容器引当計画作成方法、搬送容器引当計画作成装置、および製鉄所の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
製鉄所では、高炉からの出銑や転炉での出鋼などのタイミングで、溶銑や溶鋼を溶銑鍋や溶鋼鍋などの搬送容器で受け、次工程に搬送するバッチ的な操業が行われている。
【0003】
例えば、高炉では、炉底部に溜まった溶銑を定期的に出銑するが、その際、複数の溶銑鍋で溶銑を受け、次工程に搬送される。また、転炉では、溶銑から所定の成分の溶鋼とする工程が、鍋単位で実施され、溶鋼鍋によって二次精錬設備や連続鋳造機に搬送される。
【0004】
このようなバッチ的に処理された溶銑および溶鋼を搬送容器である鍋に入れて次工程に搬送する場合、搬送物である溶銑や溶鋼を装入する鍋をどのように計画的に使用するかが問題となる。つまり、鍋数は有限であり、鍋の利用方法に関して、鍋ごとに制約がある場合や、溶銑や溶鋼の温度変化などを考慮する必要も生じる。
【0005】
特に、製鋼工場内における溶鋼処理では、転炉から出鋼された溶鋼は、内壁面が耐火物で覆われた溶鋼鍋に注がれ、二次精錬設備において溶鋼鍋に入れたまま、目的の成分および温度に調整された後、溶鋼鍋から連続鋳造設備に注がれてスラブやビレット等の中間製品に鋳造される。そして、溶鋼が空けられた溶鋼鍋は整備された後に再び転炉に搬送され、同様の作業が繰り返し行われる。
【0006】
このような溶鋼処理では、溶鋼の出鋼から鋳造までのリードタイム、すなわち溶鋼鍋が占有されている時間が出鋼チャージ毎に同じであれば、溶鋼鍋を連続的に使用できることから、溶鋼処理に必要な溶鋼鍋数やどの溶鋼鍋を引き当てられるかを容易に把握することができる。出鋼チャージとは、転炉における吹錬を１単位とするバッチプロセスの処理単位、換言すれば、１回の出鋼工程によって転炉から出鋼される溶鋼を意味する。
【0007】
しかしながら、実際の溶鋼処理では、多品種の鉄鋼製品を製造するために、二次精錬設備や連続鋳造設備における処理内容が出鋼チャージによって異なる。このため、溶鋼が二次精錬設備や連続鋳造設備を通過するために要する時間は出鋼チャージによって異なり、溶鋼の出鋼から鋳造までのリードタイムは出鋼チャージによって変化する。そのため、例えば１日に必要な溶鋼鍋数の把握や、どの溶鋼鍋を引き当てるとよいか判断が困難であった。
【0008】
また、溶鋼鍋の引当計画には、溶鋼を空けた後の溶鋼鍋（空鍋）を可能な限りすばやく高温のまま、次出鋼チャージに引当ることも求められる。これは、引当られる溶鋼鍋が高温であれば有るほど、出鋼温度を下げることができ、転炉でのエネルギー削減、転炉の寿命延長等によるメリットが生じるためである。
【0009】
特許文献１には、制約を充足した複数の引当計画を最適化計算により作成し、評価基準が最良となる計画を最終計画として採用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特許第６７２４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、評価基準を数理モデルで考慮しておらず、最適化計算で多数計画を作成する段階では評価できていない。つまり、最適化計算段階で評価基準が考慮されていなかった。また、最適化計算で出力する計画の数には上限を決めており、優れた評価基準の計画を取りこぼしている可能性がある。
【0012】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、従来は最適化計算段階で考慮できていなかった評価基準を最適化計算段階で考慮することによってバッチプロセスの処理単位に搬送容器を効率よく引き当てることが可能な搬送容器引当計画作成方法、搬送容器引当計画作成装置、および製鉄所の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係る搬送容器引当計画作成方法は、バッチプロセスの処理単位ごとの生成物を搬送する搬送容器を、該処理単位ごとに引き当てる搬送容器引当計画作成方法において、搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成ステップと、少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成ステップと、前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算ステップと、前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力ステップとを含むことを特徴とする。
【0014】
本発明に係る搬送容器引当計画作成方法は、上記発明において、前記搬送容器引当最適化計算ステップにより選択された複数の解について、複数の評価基準を定量的に評価する評価基準確認ステップ、をさらに含み、前記最終解出力ステップは、前記搬送容器引当最適化計算ステップにより選択された複数の解について、前記評価基準確認ステップにて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力することを特徴とする。
【0015】
本発明に係る搬送容器引当計画作成方法は、上記発明において、前記搬送容器引当モデル作成ステップは、前記数理モデルをイジングモデルもしくはＱＵＢＯに則り作成し、前記搬送容器引当最適化計算ステップは、アニーリングマシンによって前記複数の解を出力することを特徴とする。
【0016】
本発明に係る搬送容器引当計画作成方法は、上記発明において、前記搬送容器引当モデル作成ステップは、前記評価基準に前記搬送容器の整備時間を少なくとも含み、前記整備時間の分布を考慮して前記複数の搬送容器間での前記整備時間の重複を評価することを特徴とする。
【0017】
本発明に係る搬送容器引当計画作成方法は、上記発明において、前記バッチプロセスは、精錬であり、前記処理単位は、出鋼チャージであり、前記生成物は、溶鋼であり、前記搬送容器は、溶鋼鍋であることを特徴とする。
【0018】
本発明に係る搬送容器引当計画作成装置は、バッチプロセスの処理単位ごとの生成物を搬送する搬送容器を、該処理単位ごとに引き当てる搬送容器引当計画作成装置において、搬送容器毎にバッチプロセスの処理単位に引き当てるか否かを表した搬送容器引当ルートを作成するとともに、各搬送容器単独で考慮可能な制約を充足する前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に列挙する搬送容器引当ルート作成手段と、少なくとも、使用する搬送容器数の評価値および複数の搬送容器間で考慮が必要な評価基準を含む目的関数と、複数の搬送容器間で考慮が必要な制約と、を含む数理モデルを作成する搬送容器引当モデル作成手段と、前記数理モデルの値が小さくなる前記搬送容器引当ルートを搬送容器毎に選択するとともに、当該選択された前記搬送容器引当ルートを解とする複数の解を出力する搬送容器引当最適化計算手段と、前記出力された複数の解について、定量化された最終評価基準に基づき、当該最終評価基準が最良に近づく前記解を最終解として出力する最終解出力手段とを有することを特徴とする。
【0019】
本発明に係る搬送容器引当計画作成装置は、上記発明において、前記搬送容器引当最適化計算手段により選択された複数の解について、複数の評価基準を定量的に評価する評価基準確認手段、をさらに含み、前記最終解出力手段は、前記搬送容器引当最適化計算手段により選択された複数の解について、前記評価基準確認手段にて評価される各評価基準が定量化されたものを組み合わせることにより求まる前記最終評価基準に基づき、前記最終解を出力することを特徴とする。
【0020】
本発明に係る搬送容器引当計画作成装置は、上記発明において、前記搬送容器引当モデル作成手段は、前記評価基準に前記搬送容器の整備時間を少なくとも含み、前記整備時間の分布を考慮して前記複数の搬送容器間での前記整備時間の重複を評価することを特徴とする。
【0021】
本発明に係る搬送容器引当計画作成装置は、上記発明において、前記搬送容器引当モデル作成手段は、前記評価基準に前記搬送容器の整備時間を少なくとも含み、前記整備時間の分布を考慮して前記複数の搬送容器間での前記整備時間の重複を評価することを特徴とする。
【0022】
本発明に係る搬送容器引当計画作成装置は、上記発明において、前記バッチプロセスは、精錬であり、前記処理単位は、出鋼チャージであり、前記生成物は、溶鋼であり、前記搬送容器は、溶鋼鍋であることを特徴とする。
【0023】
本発明に係る製鉄所の操業方法は、上記発明に係る搬送容器引当計画作成方法により作成された搬送容器引当計画を用いて製鉄所の操業を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、評価基準を緩和した形ではあるが、最適化計算段階で評価基準を考慮することができる。これにより、多数の解の列挙の際に、優れた評価基準の解を取りこぼすことなく最終的に優れた解を導出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、以下に説明する実施形態では、製鋼工場での転炉における溶鋼鍋の運用を例として挙げる。
【0027】
【0028】
図１に示すように、製鋼工場１００における溶鋼処理では、始めに、転炉１から出鋼された溶鋼２は、内壁面が耐火物で覆われた溶鋼鍋３に注がれる。次に、溶鋼鍋３に注がれた溶鋼２は、二次精錬設備１１０において目的の成分および温度に調整される（二次精錬）。このように、本実施形態では、精錬がバッチプロセスであり、出鋼チャージがバッチプロセスの処理単位であり、溶鋼２はバッチプロセスの処理単位ごとの生成物であり、溶鋼鍋３は搬送容器である。
【0029】
二次精錬設備１１０では、出鋼成分や規格等に応じて、導入管４を介して成分調整用の合金鉄や薬剤等の添加物が溶鋼２に加えられる。本実施形態の二次精錬設備１１０には複数の設備が存在し、例えば真空脱ガス設備（ＲＨ）１１１、取鍋精錬設備（ＬＦ）１１２が含まれる。図示しないが、２基の真空脱ガス設備１１１と、１基の取鍋精錬設備１１２とからなる設備群により構成された二次精錬設備１１０でもよい。つまり、二次精錬では目標成分に応じて設備を使い分けるため、溶鋼鍋３を二次精錬設備１１０のどの設備を通過させるか（通過処理工程）を選択可能である。さらに、通過処理工程は、二次精錬設備１１０のどの設備を使うかだけではなく、どの順番でどの設備を通過させるのかという組み合わせも可能であり、これらを識別するための通過工程コードによって管理されている。
【0030】
次に、二次精錬設備１１０にて目的の成分および温度に調整された溶鋼２は、溶鋼鍋３に入れられた状態で連続鋳造設備１２０に搬送され、連続鋳造設備１２０に注がれてスラブやビレット等の中間製品に鋳造される（連続鋳造）。
【0031】
そして、連続鋳造設備１２０で溶鋼２が空けられた溶鋼鍋３は、鍋センター１３０に搬送される。鍋センター１３０は、溶鋼鍋３を整備する設備であり、溶鋼鍋３の内壁面の養生や、プレート５、ノズル６、およびポーラス７の交換等の整備（空鍋整備）が行われる。空鍋整備された溶鋼鍋３は、再び転炉１に搬送される。その後、上述した工程と同様の作業が繰り返し行われる。
【0032】
［２．引当計画作成装置］
図２は、引当計画作成装置の構成例を模式的に示すブロック図である。本実施形態の引当計画作成装置１０は、製鋼工場１００の溶鋼処理に溶鋼鍋３を効率よく引き当てることが可能な引当計画（搬送容器引当計画）を作成する装置である。図２に示すように、引当計画作成装置１０は、ワークステーション等の情報処理装置によって構成され、製鋼データベース（製鋼ＤＢ）１１と、端末インターフェイス１２と、演算部１３とを備えている。
図２は、引当計画作成装置の構成例を模式的に示すブロック図である。本実施形態の引当計画作成装置１０は、製鋼工場１００の溶鋼処理に溶鋼鍋３を効率よく引き当てることが可能な引当計画（搬送容器引当計画）を作成する装置である。図２に示すように、引当計画作成装置１０は、ワークステーション等の情報処理装置によって構成され、製鋼データベース（製鋼ＤＢ）１１と、端末インターフェイス１２と、演算部１３とを備えている。
【0033】
製鋼ＤＢ１１は、製鋼工場１００において計画された出鋼計画データを格納する記憶部である。出鋼計画データには、１日等の所定時間毎の出鋼チャージ数と各出鋼チャージに関するデータ（出鋼チャージデータ）と、溶鋼鍋数と各溶鋼鍋に関するデータ（溶鋼鍋データ）とが含まれる。さらに、製鋼ＤＢ１１には、溶鋼鍋３の各部品（プレート５、ノズル６、ポーラス７）の交換に要する交換時間に関するデータ（交換時間データ）が格納されている。ここで、出鋼チャージデータの構成例を図３に示し、溶鋼鍋データの構成例を図４に示し、交換時間データの構成例を図５に示す。
【0034】
図３に示すように、出鋼チャージデータは、出鋼チャージＮｏ．に対応づけられたレコードを有するデータテーブルであり、そのレコードには、少なくとも出鋼開始時刻、鋳造終了時刻、鋼種コード、通過工程コード、チタン成分（ｐｐｍ）、クロム成分（ｐｐｍ）、他成分、に関する情報が含まれる。出鋼チャージＮｏ．は、出鋼チャージを識別する情報である。出鋼開始時刻は、転炉１から溶鋼２が出鋼される時刻である。鋳造終了時刻は、溶鋼２の鋳造が終了する時刻である。鋼種コードは、転炉１から出鋼された溶鋼２の合金成分（鋼種成分）の組み合わせを識別する情報である。通過工程コードは、転炉１から出鋼された溶鋼２に対して二次精錬設備１１０で行われる通過処理工程を識別する情報である。チタン成分（ｐｐｍ）、クロム成分（ｐｐｍ）、および他成分は、各鋼種成分の含有量を意味する。
【0035】
図４に示すように、溶鋼鍋データは、溶鋼鍋Ｎｏ．に対応づけられたレコードを有するデータテーブルであり、そのレコードには、少なくともポーラス使用回数、プレート使用回数、ノズル使用回数、次引当可能時刻、に関する情報が含まれる。溶鋼鍋Ｎｏ．は、溶鋼鍋３を識別する情報である。ポーラス使用回数は、ポーラス７を使用した回数である。プレート使用回数は、プレート５を使用した回数である。ノズル使用回数は、ノズル６を使用した回数である。各部品の使用回数は、溶鋼鍋３が出鋼チャージを受ける度に増加し、各部品が交換されるとゼロにリセットされる。溶鋼鍋３の各部品は、使用回数が所定回数を超えると整備／交換される。また、次引当可能時刻は、該当の溶鋼鍋３を次に出鋼チャージに引き当てることができる時刻を意味する。つまり、次引当可能時刻とは、現在受鋼中もしくは直近に受鋼済みの出鋼チャージの鋳造終了時刻に、連続鋳造設備１２０から鍋センター１３０までの搬送時間と、鍋センター１３０での整備時間と、鍋センター１３０から転炉１下までの搬送時間と、を加えた時刻のことである。その搬送時間は定数で与えられる。そして、整備時間には、通常の空鍋整備時間と、部品の交換時間と、が含まれる。通常の空鍋整備時間は、溶鋼鍋底の異変の確認やノズル６内の詰まりの除去、ノズル６に蓋をする砂の投入等、常に毎回行う整備（通常の空鍋整備）に要する時間である。一方、交換時間は、溶鋼鍋３の部品交換時に発生する時間である。なお、交換時間は、後述するように、交換対象となる部品毎に異なる時間が設定されている。
【0036】
図５に示すように、交換時間データは、交換する各部品（プレート５、ノズル６、ポーラス７）の組み合わせと、それらの交換に要する交換時間（分）の合計とを対応づけしたデータテーブルである。例えば、プレート５のみを交換する場合の交換時間は３０分に設定され、プレート５およびノズル６を交換する場合の交換時間は４０分に設定されている。そして、ポーラス７、ノズル６、プレート５の３つの部品を交換する場合の交換時間は７０分に設定されている。なお、図５では、部品交換の有無を識別する情報として、部品を交換する場合は「○」、交換不要な場合は「－」が示されている。
【0037】
演算部１３は、ＣＰＵ等の演算処理装置によって構成されている。その演算部１３は、図示しないＲＯＭに格納されている引当計画作成プログラムをＲＡＭ内へとロードし実行することによって、溶鋼処理に必要な溶鋼鍋３を出鋼チャージに引き当てる処理を実行する。図２に示すように、演算部１３は、端末インターフェイス１２を介して端末装置２１と情報の送受信が可能に接続されている。そのため、演算部１３の演算結果は、端末インターフェイス１２を介して端末装置２１の表示装置や出力装置に出力される。また、端末装置２１はオペレータにより操作される入力端末でもある。
【0038】
［３．制約条件］
ここで、出鋼チャージに溶鋼鍋３を引き当てる際の制約条件について説明する。なお、制約条件は、以下に列記する４つに限定されない。また、引当計画作成装置１０が引当計画を作成する際にこれら制約条件が考慮される。
ここで、出鋼チャージに溶鋼鍋３を引き当てる際の制約条件について説明する。なお、制約条件は、以下に列記する４つに限定されない。また、引当計画作成装置１０が引当計画を作成する際にこれら制約条件が考慮される。
【0039】
［３－１．制約条件１］
まず、「溶鋼鍋は受鋼した出鋼チャージの鋳造処理後、引当可能時刻まで、次の出鋼チャージを受鋼することができない」という制約条件が挙げられる。引当可能時刻は、上述した次引当可能時刻と同義である。
まず、「溶鋼鍋は受鋼した出鋼チャージの鋳造処理後、引当可能時刻まで、次の出鋼チャージを受鋼することができない」という制約条件が挙げられる。引当可能時刻は、上述した次引当可能時刻と同義である。
【0040】
図６Ａに示す例では、出鋼チャージＣ２の出鋼開始は、溶鋼鍋Ｎ１が引き当てられている出鋼チャージＣ１の鋳造終了よりも後、かつ溶鋼鍋Ｎ１の整備が終了する時刻よりも先である。この場合、上記制約条件により、溶鋼鍋Ｎ１を出鋼チャージＣ２に引き当てることはできない。そこで、図６Ｂに示すように、出鋼チャージＣ２には、出鋼チャージＣ１に引き当てられていた溶鋼鍋Ｎ１とは別の溶鋼鍋Ｎ２を引き当てる。これにより、上記制約条件を満たしたうえで、出鋼チャージに溶鋼鍋を効率よく引き当てることができる。
【0041】
［３－２．制約条件２］
次に、「特定の出鋼チャージには、一定時間、空の状態で冷えた溶鋼鍋（冷鍋という）を使えない」という制約条件が挙げられる。特定の出鋼チャージであるか否かは、二次精錬設備１１０の通過処理工程（通過工程コード）および二次精錬での目標成分に基づいて判断される。また、溶鋼鍋が空の状態で冷えたか否か（冷鍋であるか否か）は、その溶鋼鍋について空の状態が続いた時間が閾値を超えたか否かを判定することにより判断される。なお、この閾値は予め定められた所定値でもよい。
次に、「特定の出鋼チャージには、一定時間、空の状態で冷えた溶鋼鍋（冷鍋という）を使えない」という制約条件が挙げられる。特定の出鋼チャージであるか否かは、二次精錬設備１１０の通過処理工程（通過工程コード）および二次精錬での目標成分に基づいて判断される。また、溶鋼鍋が空の状態で冷えたか否か（冷鍋であるか否か）は、その溶鋼鍋について空の状態が続いた時間が閾値を超えたか否かを判定することにより判断される。なお、この閾値は予め定められた所定値でもよい。
【0042】
図７Ａおよび図７Ｂには、「出鋼チャージＣ３には、空鍋になってから時間Ｔ以上が経過して冷鍋になった溶鋼鍋を引き当てることができない」という制約条件がある場合が例示されている。この場合、時間Ｔを閾値として冷鍋であるか否かが判定される。図７Ａに示す例では、出鋼チャージＣ１に引き当てられた溶鋼鍋Ｎ１の整備が完了する時刻は、出鋼チャージＣ２に引き当てられた溶鋼鍋Ｎ２の整備完了時刻よりも先、かつ出鋼チャージＣ３の出鋼開始時刻よりも前である。しかしながら、特定の出鋼チャージＣ３の出鋼開始は、溶鋼鍋Ｎ１における先の出鋼チャージＣ１の鋳造終了から時間Ｔ以上が経過するため、この溶鋼鍋Ｎ１を出鋼チャージＣ３に引き当てることはできない。そこで、図７Ｂに示すように、出鋼チャージＣ３には、先の出鋼チャージＣ２の鋳造終了から出鋼チャージＣ３の出鋼開始までの時間が時間Ｔ未満である溶鋼鍋Ｎ２を引き当てる。これにより、上記制約条件を満たしたうえで、特定の出鋼チャージに効率よく溶鋼鍋を引き当てることができる。
【0043】
［３－３．制約条件３］
また、「特定の出鋼チャージを受鋼した溶鋼鍋は、溶鋼成分の関係上、次に受鋼できる出鋼チャージが限られる」という制約条件が挙げられる。
また、「特定の出鋼チャージを受鋼した溶鋼鍋は、溶鋼成分の関係上、次に受鋼できる出鋼チャージが限られる」という制約条件が挙げられる。
【0044】
図８Ａおよび図８Ｂには、「チタン成分がＸ１％以上の出鋼チャージＣ１に引き当てられた溶鋼鍋Ｎ１は、次に受鋼できる出鋼チャージはチタン成分がＸ２％以上でなければならない」という制約条件がある場合が例示されている。図８Ａに示す例では、溶鋼鍋Ｎ１は、出鋼チャージＣ２の出鋼開始よりも前に整備が完了しているものの、チタン成分がＸ１％以上の出鋼チャージＣ１に引き当てられた後であるため、出鋼チャージＣ１に続けて、チタン成分がＸ２％未満の出鋼チャージＣ２を受鋼することはできない。一方、出鋼開始時刻が出鋼チャージＣ２よりも後の出鋼チャージＣ３は、チタン成分がＸ２％以上である。そこで、図８Ｂに示すように、溶鋼鍋Ｎ１を、チタン成分がＸ１％以上の出鋼チャージＣ１に後続して、チタン成分がＸ２％以上の出鋼チャージＣ３に引き当てることが可能である。これにより、上記制約条件を満たしたうえで、特定の出鋼チャージに効率よく溶鋼鍋を引き当てることができる。
【0045】
［３－４．制約条件４］
さらに、「溶鋼鍋の整備時間は交換される部品によって異なる」という制約条件が挙げられる。ポーラス使用回数、ノズル使用回数、プレート使用回数の増加数は、出鋼チャージの通過工程コード毎に異なり、その分が加算される。そして、使用回数が所定回数に達したタイミングで溶鋼鍋が整備（部品交換）され、その整備内容に応じた整備の時間を要する。交換に必要な時間は部品毎に異なるため、整備時間は交換される部品に応じて変化する。例えば、整備時間は、演算部１３が製鋼ＤＢ１１の交換時間データ（図５に示す）を参照して設定される。
さらに、「溶鋼鍋の整備時間は交換される部品によって異なる」という制約条件が挙げられる。ポーラス使用回数、ノズル使用回数、プレート使用回数の増加数は、出鋼チャージの通過工程コード毎に異なり、その分が加算される。そして、使用回数が所定回数に達したタイミングで溶鋼鍋が整備（部品交換）され、その整備内容に応じた整備の時間を要する。交換に必要な時間は部品毎に異なるため、整備時間は交換される部品に応じて変化する。例えば、整備時間は、演算部１３が製鋼ＤＢ１１の交換時間データ（図５に示す）を参照して設定される。
【0046】
［３－５．評価基準］
また、制約ではないが、考慮することが望ましい条件（評価基準）がある。評価基準としては、鍋センター１３０で先に整備を終えた溶鋼鍋３から順に極力引き当てたいという評価基準（第１評価基準）や、オペレータの整備作業負荷の一部期間への集中を避けたいという評価基準（第２評価基準）などが挙げられる。オペレータの整備作業負荷には、鍋センター１３０でオペレータが溶鋼鍋３の部品交換を行う作業負荷が含まれる。つまり、鍋センター１３０において、ある特定の時間に部品交換の作業が集中すると、オペレータの整備作業負荷が増大するということが考慮される。
また、制約ではないが、考慮することが望ましい条件（評価基準）がある。評価基準としては、鍋センター１３０で先に整備を終えた溶鋼鍋３から順に極力引き当てたいという評価基準（第１評価基準）や、オペレータの整備作業負荷の一部期間への集中を避けたいという評価基準（第２評価基準）などが挙げられる。オペレータの整備作業負荷には、鍋センター１３０でオペレータが溶鋼鍋３の部品交換を行う作業負荷が含まれる。つまり、鍋センター１３０において、ある特定の時間に部品交換の作業が集中すると、オペレータの整備作業負荷が増大するということが考慮される。
【0047】
【0048】
まず、引当計画の作成に必要な出鋼チャージデータと溶鋼鍋データとが読み込まれる（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理では、例えば演算部１３が製鋼ＤＢ１１に格納されている出鋼計画データから処理対象の所定数の出鋼チャージデータ（例えば図３に示すデータ）および溶鋼鍋データ（例えば図４に示すデータ）を取得する。このステップＳ１は「データ読み込みステップ」であり、ステップＳ１を実施する処理手段を「データ読み込み手段」と称する。
【0049】
ステップＳ１によりデータが読み込まれると、溶鋼鍋引当ルートが複数作成される（ステップＳ２）。溶鋼鍋引当ルートとは、搬送容器引当ルートに含まれるものであって、ある溶鋼鍋をどの出鋼チャージに引き当てるかを表したデータ（レコード）である。このステップＳ２は「搬送容器引当ルート作成ステップ」であり、ステップＳ２を実施する処理手段を「搬送容器引当ルート作成手段」と称する。なお、以下の説明では「溶鋼鍋引当ルート」を単に「引当ルート」と記載する場合がある。
【0050】
ステップＳ２の処理では、引当可能な出鋼チャージを組み合わせた複数の引当ルートを作成する際に、上述した制約条件１～４の制約等、各溶鋼鍋単独で考慮が可能な制約のみを考慮する。すなわち、他の溶鋼鍋の引当内容の影響を受けない制約のみが考慮される。この引当計画生成処理で最終的に考慮される制約には、他の溶鋼鍋の引当内容の影響を受ける制約（各溶鋼鍋単独では考慮が不可能な制約）と、他の溶鋼鍋の引当内容の影響を受けない制約（各溶鋼鍋単独で考慮が可能な制約）とが含まれる。
【0051】
具体的には、ステップＳ２では、溶鋼鍋毎に複数の溶鋼鍋引当ルートを列挙する。ステップＳ２で作成される溶鋼鍋引当ルートの一例を図１０に示す。図１０は、ある溶鋼鍋ｎについて列挙された溶鋼鍋引当ルートの集合データ例を示す図である。図１０に示す例では、８つの出鋼チャージ（出鋼チャージＮｏ．１～８）に対して、全部でＫｎ個の引当ルート（溶鋼鍋引当ルート１～Ｋｎ）が列挙されている。各溶鋼鍋引当ルートは、どの出鋼チャージに引き当てられるか否かを識別可能な情報として「１」，「０」を含む。「１」は該当出鋼チャージに引き当てられること、「０」はその出鋼チャージには引き当てられないことを意味する。例えば、溶鋼鍋引当ルート１は、溶鋼鍋ｎを出鋼チャージＮｏ．１に引き当てるものの、それ以外の出鋼チャージＮｏ．２～８には引き当てないことを意味する引当ルートである。また、溶鋼鍋引当ルートｋや溶鋼鍋引当ルートｋ＋１のように、溶鋼鍋ｎを複数の出鋼チャージに引き当てる引当ルートも作成される。さらに、引当ルートＫｎのように、どの出鋼チャージにも溶鋼鍋ｎを引き当てない引当ルートも作成される。
【0052】
また、図１０に示す各引当ルートについて、引き当てられる出鋼チャージの有無と、溶鋼鍋ｎが冷鍋となってしまう回数（冷鍋数）との関係を図１１に示す。図１１に示す例では、引き当てる出鋼チャージの有無を識別可能な情報として「１」，「０」を含み、「１」は引き当てられる出鋼チャージがあること、「０」は引き当てられる出鋼チャージがないことを意味する。冷鍋数は、対応する引当ルートが選択された際に溶鋼鍋ｎが冷鍋となってしまう回数を意味する。例えば、溶鋼鍋引当ルートｋ＋１では、図１０に示すデータによれば出鋼チャージに引き当てられる回数が「４回」であるものの、図１１に示す出鋼チャージの有無としては「１」となる。そして、冷鍋数は、その「４回の引き当て」に対して溶鋼鍋ｎが「２回」冷鍋となってしまうことを表している。なお、上述した図１１に示すデータは、ステップＳ２で複数の引当ルートを列挙する際に作成されてもよい。また、ステップＳ２で作成された溶鋼鍋引当ルートの集合データ（図１０に示す）や、図１１に示すデータは、引当計画作成装置１０のＲＡＭに一時記憶される。
【0053】
また、図１０に示す各引当ルートについて、第１評価基準および第２評価基準を考慮するために必要なデータを図１２に示す。図１２には、ある溶鋼鍋ｎについて列挙された溶鋼鍋引当ルートの集合データ例において、どの出鋼チャージの鋳造終了後に部品交換を伴う整備を実施するのか、またその整備時間のデータが示されている。つまり、第１評価基準および第２評価基準を考慮するためには、どの出鋼チャージの鋳造終了後に部品交換を実施するのか、またその交換時間のデータが必要となる。
【0054】
図１２に示す例では、出鋼チャージの鋳造終了後（チャージ実施後）における部品交換を伴う整備実施の有無を識別可能な情報として「０」，「３０」，「４０」，「７０」を含む。この数字は、部品の交換時間を表す。部品の交換時間は整備時間に含まれる。つまり、「０」はチャージ実施後に部品交換を実施しないことを意味する。そして、「３０」はチャージ実施後に部品交換を実施し、その整備時間（交換時間）が３０分であることを表す。同様に、「４０」はチャージ実施後に部品交換を実施し、その整備時間（交換時間）が４０分であること、「７０」はチャージ実施後に部品交換を実施し、その整備時間（交換時間）が７０分であることを表す。なお、この整備時間は、図５に示す部品の交換時間に基づいて設定される。すなわち、整備時間には、通常の空鍋整備時間と、部品の交換時間が含まれる。そのため、図１２に示す「０」は、整備時間が０分であることを意味せず、通常の空鍋整備を実施するものの部品の交換は行わないことを意味する。要するに、図１２に示す「０」，「３０」，「４０」，「７０」の数字に通常の空鍋整備時間を加算した値が整備時間となる。
【0055】
例えば、図１２に示す「溶鋼鍋引当ルート３」では、「出鋼チャージＮｏ．３」に引き当てられた溶鋼鍋ｎについてチャージ実施後の整備時間のうち部品の交換時間が３０分であることが表されている。この３０分は、図５に示すデータによれば「プレート５のみを交換するための交換時間３０分」が設定されていることを意味する。同様に、図１２に示す「溶鋼鍋引当ルート４」では、「出鋼チャージＮｏ．４」に引き当てられた溶鋼鍋ｎについてチャージ実施後の整備時間のうち部品の交換時間が４０分であることが表されている。この４０分は、図５に示すデータによれば「プレート５およびノズル６を交換するための交換時間４０分」が設定されていることを意味する。そして、図１２に示す「溶鋼鍋引当ルートｋ」および「溶鋼鍋引当ルートｋ＋１」では、「出鋼チャージＮｏ．３」に引き当てられた溶鋼鍋ｎについてチャージ実施後の整備時間のうち部品の交換時間が７０分であることを表す。この７０分は、図５に示すデータによれば「ポーラス７、ノズル６、プレート５の３つの部品を交換するための交換時間７０分」が設定されていることを意味する。なお、上述した図１２に示すデータは、ステップＳ２で複数の引当ルートを列挙する際に作成されてもよい。また、ステップＳ２で作成された図１２に示すデータは、引当計画作成装置１０のＲＡＭに一時記憶される。
【0056】
図９の説明に戻り、ステップＳ２により複数の溶鋼鍋引当ルートが作成されると、その複数の溶鋼鍋引当ルートの中から溶鋼鍋毎に１つの溶鋼鍋引当ルートを選択する数理モデル（溶鋼鍋引当モデル）が作成される（ステップＳ３）。溶鋼鍋引当モデルは、搬送容器引当モデルに含まれる。このステップＳ３は「搬送容器引当モデル作成ステップ（溶鋼鍋引当モデル作成ステップ）」であり、ステップＳ３を実施する処理手段を「搬送容器引当モデル作成手段（溶鋼鍋引当モデル作成手段）」と称する。
【0057】
ステップＳ３の処理では、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な制約（他の溶鋼鍋の引当内容の影響を受ける制約）を考慮する。すなわち、ステップＳ２では考慮されていなかった制約が、ステップＳ３で初めて考慮される。この引当計画作成処理では、各溶鋼鍋単独で考慮可能な制約はステップＳ２で考慮し、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な制約はステップＳ３で考慮するといったように、段階的に制約を考慮する。これにより、ステップＳ３で数理モデルを作成する際、各溶鋼鍋単独で考慮が可能な制約については引当ルート作成時（ステップＳ２の実施時）に既に充足されているため、数理モデルの制約式を減らすことができる。
【0058】
さらに、ステップＳ３の処理では、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要な評価基準を考慮する。このように、ステップＳ３で作成される数理モデルにおいて評価基準を考慮することにより、ステップＳ３に続くステップＳ４において、最適化計算を行う段階で評価基準を考慮することができる。
【0059】
そして、ステップＳ３により数理モデルが作成されると、この数理モデルに基づいて、アニーリングマシンによる最適化計算が行われる（ステップＳ４）。アニーリングマシンは、最適化計算に特化した計算機（量子コンピュータ）である。本実施形態では、ステップＳ４で実施する最適化計算は、アニーリング方式の量子コンピュータ（アニーリングマシン）により実施される。このステップＳ４は「搬送容器引当最適化計算ステップ（溶鋼鍋引当最適化計算ステップ）」であり、ステップＳ４を実施する処理手段を「搬送容器引当最適化計算手段（溶鋼鍋引当最適化計算手段）」と称する。
【0060】
ここで、ステップＳ４を実施するために必要なステップＳ３の処理について、より詳細に説明する。
【0061】
まず、量子コンピュータは、一般的に使用されている汎用コンピュータ（古典コンピュータ）と比べ高速に解くことができる。そして、アニーリングマシンは、組合せ最適化問題に特化している。ただし、アニーリングマシンを用いるためには、下式（１）により表される組合せ最適化問題の目的関数と制約条件を、イジングモデルもしくはＱＵＢＯ（Quadratic unconstrained binary optimization）へと定式化する必要がある。
【0062】
【数1】
【0063】
そこで、本実施形態では、ステップＳ３において上式（１）の組合せ最適化問題をＱＵＢＯ形式へと変換し、ステップＳ４においてアニーリングマシンを用いて問題を解くように構成されている。すなわち、ステップＳ４においてアニーリングマシンによる最適化計算を実施するために、ステップＳ３においてＱＵＢＯへと定式化された数理モデルが作成される。ステップＳ３で作成される数理モデルは、下式（２）～（５）により表される。
【0064】
【数2】
【数3】
【0065】
上式（２）は、溶鋼鍋ｎの引当ルートｋの使用コスト（使用の有無、冷鍋数）を表している。上式（２）中、Ｎは使用可能な溶鋼鍋の数、Ｋｎは溶鋼鍋ｎの引当ルート数である。ここで、Ｕｎｋは、溶鋼鍋ｎについての引当ルートｋが出鋼チャージに１つも引き当てられない場合には「０」、引き当てられる場合には「１」となる。Ｃｎｋは、溶鋼鍋ｎの引当ルートｋに含まれる冷鍋数である。ｕｎｋは、溶鋼鍋ｎの引当ルートｋを選択する場合には「１」、それ以外ならば「０」となる。なお、Ｎ、Ｋｎ、Ｕｎｋ、Ｃｎｋは、いずれも定数である。一方、ｕｎｋは変数である。つまり、この数理モデルでは、引当ルート毎にバイナリの変数が設けられており、「１」ならばその引当ルートを選択すること、「０」ならばその引当ルートを選択しないことを意味する。
【0066】
上式（３）は、溶鋼鍋毎にステップＳ２で作成した複数の溶鋼鍋引当ルートの中から１つのみを選択するという制約を表現するための式である。
【0067】
上式（４）は、同じ出鋼チャージに同時に２つ以上の溶鋼鍋を引き当てることはできないという制約を表す制約式である。上式（４）中、Ａｃｎｋは溶鋼鍋ｎの引当ルートｋにおいて出鋼チャージｃに引き当てられる場合には「１」、それ以外ならば「０」となる。なお、Ａｃｎｋは、定数である。
【0068】
そして、上式（５）は、ＱＵＢＯ形式の数理モデルを表している。つまり、上式（１）をＱＵＢＯ形式へと定式化したものが上式（５）である。
【0069】
上式（５）の右辺第一項および第二項は、最小化されることにより、上式（２）の最小化の他、上式（３）～（４）の制約を充足するようになる。ここで、ｗは重みを表す。制約を充足させるためにｗの値は、ｗ１やｗ２よりも十分大きくしておく必要がある。
【0070】
上式（５）の右辺第三項は、評価基準の最小化（評価基準の値が高いほど優れているとした場合は重みをマイナスにすることで計算が可能である）を表す式である。Ｂnkn’k’は、溶鋼鍋ｎについての引当ルートｋと、溶鋼鍋ｎ’についての引当ルートｋ’を両方選択した場合に考慮する評価値である。これにより、評価基準の低い２ルートを選択することを避けることができ、全体としても評価基準が低くすることができる。
【0071】
ここで、３つ以上の引当ルートの考慮は、上式（５）の右辺第三項が３次式以上となり、そのままではアニーリングマシンでは計算ができないが、２次式への展開方法が知られており、適用可能である。
【0072】
具体的には、上記で挙げた第１評価基準については、溶鋼鍋ｎの引当ルートｋと溶鋼鍋ｎ’の引当ルートｋ’について、溶鋼鍋ｎが先に整備を終えていた状態で、溶鋼鍋ｎよりも後に整備を終えた溶鋼鍋ｎ’が、溶鋼鍋ｎよりも先に出鋼チャージに引き当てられる回数をカウントし、その回数はＢnkn’k’とする。
【0073】
また、第２評価基準については、図１３に示すように、各出鋼チャージの鋳造終了時刻に鍋センター１３０までの搬送時間を加えた時刻からの整備時間分（図１２に示す交換時間）、整備時間を標準偏差として正の値のみを採用した片側正規分布を追加し、溶鋼鍋ｎの引当ルートｋと溶鋼鍋ｎ’の引当ルートｋ’の分布の重複部分の面積をＢnkn’k’とする。ここでは、片側正規分布を使用しているが、対象の特性に合わせて他の分布を用いてもよい。これにより、分布の重複面積が大きい、つまり整備負荷が集中する組み合わせを選択することを避けることができる。また、整備時間を分布で評価することによって、整備の遅れによる整備負荷の集中も避けることができる。さらに、Ｂnkn’k’は、第１評価基準と第２評価基準を重み付き和で加算する値を用いてもよい。
【0074】
図９の説明に戻り、ステップＳ３により上式（５）のＱＵＢＯ形式の数理モデルが作成されると、ステップＳ４において、そのＨが最小値となる最適解の計算および出力が行われる。Ｈは、上式（５）中のＨである。
【0075】
ステップＳ４での数理モデルの計算手法として、アニーリングマシンを用いる。具体的には、ステップＳ４では、上述した数理モデルのＨが最小となる溶鋼鍋引当ルートを溶鋼鍋毎に計算および選択する。そして、選択された解（溶鋼鍋引当ルート）を最適解として複数出力する。つまり、ステップＳ４によって求まる最適解（目的関数が最小となる解）は複数存在する。そのため、ステップＳ４では、最適解の数が予め指定された上限数に達するまで、もしくは計算時間の合計が上限時間に達するまで解を求め、全ての最適解を出力する。なお、その上限数および上限時間は予め定められた所定値である。
【0076】
ステップＳ４による最適解の計算および出力が行われると、ステップＳ４で考慮した評価基準を改めて、選択されたルート全体で考慮する（ステップＳ５）。これは、ステップＳ４では２ルート間での評価の和であるため、特定の２ルート間の評価基準が悪くなるという偏りが生じる可能性があるため、選択ルート全体での評価を実施している。このステップＳ５は「評価基準確認ステップ」であり、ステップＳ５を実施する処理手段を「評価基準確認手段」と称する。
【0077】
例えば、ステップＳ５で考慮される評価基準としては、先にも挙げた鍋センター１３０で先に整備を終えた溶鋼鍋３から順に極力引き当てたいという評価基準（第１評価基準）や、オペレータの整備作業負荷を軽減したいという評価基準（第２評価基準）などが挙げられる。
【0078】
具体的には、ステップＳ５では、ステップＳ４により出力された複数の最適解について、評価基準を定量的に評価する。評価基準の定量化について第１評価基準を例にすると、ある溶鋼鍋ｎが先に整備を終えていた状態で、溶鋼鍋ｎよりも後に整備を終えた溶鋼鍋ｎ＋１が、溶鋼鍋ｎよりも先に出鋼チャージに引き当てられる回数をカウントする。そして、その回数が少ないほど評価を高くし、その回数が少ない引当計画を採用する。また、第２評価基準を例にすると、所定の期間（例えば１時間）当たりに発生する部品交換作業の回数を算出し、計算対象の期間内における最大値をオペレータの整備作業負荷の評価指標とする。その最大値が小さいほど評価を高くし、その評価指標が低い引当計画を採用する。これにより、オペレータの整備作業負荷の集中を抑えた引当ルートを選択することができる。
【0079】
そして、ステップＳ５で考慮された各評価基準の重み付き線形和の値が計算され、その値が最良となる一つの最適解が最終解として出力される（ステップＳ６）。このステップＳ６は「評価順並び替えおよび最終解出力ステップ」であり、ステップＳ６を実施する処理手段を「評価順並び替えおよび最終解出力手段」と称する。
【0080】
例えば、ステップＳ６では、各評価基準の重み付き線形和の値を算出し、算出された値が最小となる最適解を、最終解として出力する。ステップＳ６の処理により、最終解に応じた引当計画が出力される。
【0081】
なお、ステップＳ５で考慮された複数の評価基準について、評価基準の優先度を設定し、ステップＳ６において、優先度の高い評価基準から順に最適解を並び替えるとともに、上位の最適解から評価を高くしてもよい。また、優先度に応じた評価基準の並び替え処理は、ステップＳ６ではなくステップＳ５で実施されてもよい。さらに、ステップＳ１～Ｓ６を実施する処理手段は、引当計画作成装置１０の演算部１３に含まれる処理手段である。
【0082】
さらに、上述した例では、ステップＳ６において、最終解を得る評価基準を重み付き線形和としたが、これに限定されない。つまり、最終解を得るためにステップＳ６で用いる評価基準としては、複数の定量化された評価基準を適宜に組み合わせて演算して得られるもの、すなわち最終評価基準であって、最終解を得るのに適切な形式であればよく、各評価基準の重み付き線形和の値に限らず、各評価基準の積、絶対値荷重和、その他の合成関数のいずれであっても構わない。例えば、「定量化された最終評価基準」として「各評価基準の積」を用いる場合、上述したステップＳ６の説明について「各評価基準の重み付き線形和の値」を「各評価基準の積」または「定量化された最終評価基準」と読み替えることが可能である。要するに、ステップＳ６では、各評価基準の積など、定量化された最終評価基準が演算されるとともに、この最終評価基準の値が最良となる一つの最適解が最終解として出力されればよい。
【0083】
ここで、上述した引当計画作成処理により作成された引当計画（ステップＳ６により出力される引当計画）の一例を図１４に示す。図１４に示す引当計画は、処理対象の複数の出鋼チャージのスケジュール（出鋼開始時刻、鋳造終了時刻、整備完了時刻）と各出鋼チャージに引き当てられる溶鋼鍋３に関する情報との関係が示されたデータテーブル（引当計画データ）である。この引当計画データは、各出鋼チャージＮｏ．に対応づけられたレコードを有し、そのレコードには出鋼開始時刻、鋳造終了時刻、整備完了時刻、溶鋼鍋Ｎｏ．、ポーラス交換、ノズル交換、プレート交換、整備時間（分）、空鍋時間（分）が含まれる。溶鋼鍋Ｎｏ．は、引き当てられる溶鋼鍋３を特定する識別情報である。整備時間は、各部品の交換時間を含む時間を意味する。空鍋時間は、溶鋼鍋３が空鍋となっている経過時間を意味し、整備時間が含まれている。なお、ポーラス交換、ノズル交換、プレート交換は、上述した図５の説明と同様である。
【0084】
以上説明した通り、上述した実施形態によれば、評価基準を緩和した形ではあるが、最適化計算段階で評価基準を考慮することによって、多数の解の列挙の際に、優れた評価基準の解を取りこぼすことなく最終的に優れた解を導出することができる。これにより、出鋼計画にしたがった製鋼工場１００の溶鋼処理に溶鋼鍋３を効率よく引き当てることが可能な引当計画を作成できる。すなわち、この引当計画作成処理方法により作成された引当計画を用いて製鋼工場１００の操業を行う操業方法を実施することにより、溶鋼鍋３を効率よく引き当てることが可能な溶鋼処理を実現できる。
【0085】
また、図９に示すステップＳ４において、アニーリングマシンを用いて最適化計算を実施することにより、計算の高速化を図れる。
【0086】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【0087】
例えば、製鋼ＤＢ１１に格納されている情報のうち、例えば出鋼開始時刻や鋳造終了時刻等のデータは、引当計画作成装置１０の端末インターフェイス１２を介して接続された端末装置２１をオペレータが操作することによって書き換えることが可能である。
【0088】
また、図９に示す引当計画作成処理は、オペレータが端末装置２１を操作することによって引当計画作成処理の実行を指示したタイミングで開始されてもよい。この場合、オペレータは始業時等に引当計画作成処理の実行を指示することが可能である。
【0089】
さらに、図９に示すステップＳ５で考慮される評価基準は、上述した第１評価基準および第２評価基準に限定されず、他の評価基準を用いてもよい。要するに、複数の評価基準を設け、ステップＳ６では、各評価基準の重み付き線形和の値や、各評価基準の積など、複数の定量化された評価基準を組み合わせて最終評価基準が算出されるように構成されていればよい。
【0090】
また、上述した例では、ステップＳ６において、最終評価基準が最良となる一つの最適解を最終解としたが、これに限定されない。ステップＳ６の処理で出力対象となる解は、最終評価基準が最良となる一つの解に限らず、最終評価基準が最良と同程度とみなせる解、すなわち最終評価基準が最良に近づく解であってもよい。つまり、ステップＳ６の処理では、最終評価基準が所定範囲（最良の範囲）に含まれる解を最終解として出力してもよい。この所定範囲は、最終評価基準が最良となる場合を含む範囲であって、最終評価基準が最良と同程度とみなせる最良の範囲である。
【0091】
また、ステップＳ５の処理では、評価基準に加えて、複数の溶鋼鍋間で考慮が必要である制約のうちステップＳ３では考慮されていなかった制約（残りの制約）が考慮されてもよい。つまり、ステップＳ５の処理は、評価基準のみを考慮する場合に限定されず、制約を考慮してもよい。ステップＳ５で考慮される制約は、ステップＳ３で数理モデルとして表現が難しい場合や、仮にその表現が容易だとしてもステップＳ３に続くステップＳ４で計算時間（処理負荷）が掛かる場合など、ステップＳ３とは別で考慮することが効果的な制約を含む。例えば、ステップＳ５で考慮される制約として、鍋センター１３０で同時に整備できる溶鋼鍋数には上限があるという制約が挙げられる。
【0092】
この場合、ステップＳ５では、ステップＳ４により出力された複数の最適解について、ステップＳ５における制約を満たしているか否かを確認したうえで、その制約を充足する最適解に対して評価基準を定量的に評価する。そして、ステップＳ６では、ステップＳ５において制約を満たした複数の最適解について、ステップＳ５で考慮された各評価基準の重み付き線形和の値が計算され、その値が最良となる一つの最適解が最終解として出力されてもよい。
【0093】
また、上述した実施形態では、ＱＵＢＯ形式の数理モデルを用いる例について説明したが、これに限定されない。例えば、イジングモデルへと定式化された数理モデルを用いてもよい。上式（５）に示すＱＵＢＯ形式の数理モデルを変数変換することにより、イジングモデルの数理モデルへと変換することができる。
【0094】
また、ステップＳ４において、アニーリングマシンを用いて最適化計算を行う例について説明したが、これに限定されない。古典コンピュータを用いて最適化計算を行ってもよい。
【0095】
また、二次精錬設備１１０は、上述した真空脱ガス設備１１１および取鍋精錬設備１１２の組み合わせに限定されない。
【0096】
さらに、本発明は、上述した実施形態のように転炉１における溶鋼２を入れる溶鋼鍋３の運用に限定されず、製鉄所においてバッチ的に処理された溶融金属を入れる搬送容器、例えば溶銑を入れる溶銑鍋の運用にも適用可能である。この場合、個々の制約条件や、鍋条件は、上述して転炉１の場合とは異なるものの、技術的思想としては、高炉における溶銑鍋の運用などに上述した実施形態を転用することも可能である。そのため、製鉄所においてバッチ的に処理される生成物を複数の搬送容器で搬送する際の搬送容器の引き当てに対して適用可能である。そして、高炉に転用する場合には、上述した実施形態の説明について、溶鋼を溶銑、溶鋼鍋を溶銑鍋、溶鋼鍋引当ルートを溶銑鍋引当ルート、溶鋼鍋引当モデルを溶銑鍋引当モデルと読み替えることが可能である。
【符号の説明】
【0097】
１ 転炉
２ 溶鋼
３ 溶鋼鍋
５ プレート
６ ノズル
７ ポーラス
１０ 引当計画作成装置
１１ 製鋼データベース（製鋼ＤＢ）
１３ 演算部
２１ 端末装置
１００ 製鋼工場
１１０ 二次精錬設備
１１１ 真空脱ガス設備（ＲＨ）
１１２ 取鍋精錬設備（ＬＦ）
１２０ 連続鋳造設備
１３０ 鍋センター
２ 溶鋼
３ 溶鋼鍋
５ プレート
６ ノズル
７ ポーラス
１０ 引当計画作成装置
１１ 製鋼データベース（製鋼ＤＢ）
１３ 演算部
２１ 端末装置
１００ 製鋼工場
１１０ 二次精錬設備
１１１ 真空脱ガス設備（ＲＨ）
１１２ 取鍋精錬設備（ＬＦ）
１２０ 連続鋳造設備
１３０ 鍋センター
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】