JP5260262B2 - Product allocation device, product allocation program, recording medium, and product allocation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長さ又は容積が互いに異なる複数種類の母体に対して複数種類の製品の割り付けを行う場合に、最適な割り付けを達成するための製品割り付け装置と製品割り付けプログラムと記録媒体と製品割り付け方法に関する。 The present invention relates to a product allocating device, a product allocating program, a recording medium, and a product allocating for achieving an optimal allocation when a plurality of types of products are allocated to a plurality of types of mother bodies having different lengths or volumes. Regarding the method.
住宅構造材のプレカット等では、長さが互いに異なる複数種類の材料から複数種類の製品を切り出す。それぞれの材料の使用本数には制限が設けられない。同じ長さの材料を複数本使用することもできる。ひとつの材料に可能な限りの製品を割り付ける。このとき、割り付け結果の歩留の最適化を図るために、例えば一次元ビンパッキング問題の手法が採用される。例えばFirst Fit Decreasing法では、始めに一番長い製品に対して、一番長い材料から順に、割り付けられるだけの製品を割り付ける。一杯になったら次の材料に次の製品を割り付ける。材料長を変更したり割り付け順を変更したりして、複数の割り付け結果の歩留を比較評価する。そのような試行の末に、最適な割り付け結果が得られる。(非特許文献2参照) In pre-cutting of house structural materials, a plurality of types of products are cut out from a plurality of types of materials having different lengths. There is no limit on the number of materials used. A plurality of materials having the same length can also be used. Assign as much product as possible to one material. At this time, for example, a method of a one-dimensional bin packing problem is adopted in order to optimize the yield of the allocation result. For example, in the Fi rs t Fit Decreasing method, with respect to the longest product at the beginning, from the very long material in order, assigned the only product allocated. When it is full, assign the next product to the next material. Or changing the allocation order to change the material length, comparative evaluation the yield of a plurality of allocation results. At the end of such a trial, an optimal allocation result is obtained. (See Non-Patent Document 2)
この他に、こうした材料取り合わせ問題を処理するために、遺伝子工学を利用する方法がある。遺伝子工学を利用するときは、始めに各種の割り付け結果を示す染色体をもつ多数の個体を用意して、世代交代により製品の割り付け結果を進化させる。歩留の良い割り付け結果を示す染色体を持つ個体を選んで、良い遺伝子が子に引き継がれるようにして世代交代を繰り返させる。これにより、最適な割り付け結果を示す染色体を持つ個体が得られる。 In addition, there is a method using genetic engineering to deal with such a material assembling problem. When using genetic engineering, first prepare a large number of individuals with chromosomes showing various allocation results, and evolve the product allocation results through generational changes. Select individuals with chromosome represents an allocation result of the yield, to repeat generation change as better gene is taken over the child. Thereby, an individual having a chromosome showing the optimum allocation result is obtained.
本発明者らは、以前に、拡張エリート選択法(Extended Elitism Method:EEM)を提案した。この方法では、製品の割り付け順を遺伝子情報に含めた、一種のOrdered-basedモデルを採用した。このモデルで遺伝子レベルの交叉制御を行うことにより、一般の建材のプレカット工場では90%以下と言われている歩留を、95%前後にまで向上させることができた(非特許文献1を参照。)
上記のような遺伝子工学的手法では、良い遺伝子が子に引き継がれるようにして世代交代を繰り返させる制御が必要になる。即ち、歩留の良い割り付け結果を示す染色体が早く発生するように、収束促進を図ることが望まれる。同時に局所解に陥らない制御が望まれる。非特許文献1に記載の方法は非常に優れた方法ではあるが、収束性が良くない場合もある。従って、収束性がさらに優れた世代交代の制御方法が望まれている。長さばかりでなく、容積が互いに異なる複数種類の容器に複数種類の製品を充填する場合についても同様の問題がある。
In the genetic engineering method as described above, it is necessary to perform control to repeat generational changes so that a good gene is inherited by a child. That is, as is the chromosome indicating the yield good allocation result of occurring earlier, it is desirable to achieve convergence promoted. At the same time, control that does not fall into a local solution is desired. Although the method described in Non-Patent
本発明は以上の課題を解決するような、製品割り付け装置と製品割り付けプログラムと記録媒体と製品割り付け方法を提供することを目的とする。本発明によれば、遺伝子工学的手法を用いて、長さ又は容積が互いに異なる複数種類の母体(材料,容器)に対して複数種類の製品の割り付けを最適化することができる。 It is an object of the present invention to provide a product allocation device, a product allocation program, a recording medium, and a product allocation method that solve the above-described problems. According to the present invention, allocation of a plurality of types of products can be optimized for a plurality of types of mother bodies (materials, containers) having different lengths or volumes using genetic engineering techniques.
本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成1〉
長さ又は容積が互いに異なる複数種類の母体の中から任意の母体を任意の数だけ取り出して、これらの母体に、複数種類の所定数の全ての製品を割り付けて、割り付けの歩留を計算する製品割り付け装置であって、各製品を割り付ける母体の種類を指定する遺伝子Bとその母体に製品を割り付ける順序を指定する遺伝子Pとを前記全ての製品について表示する構造の染色体を、一個体毎に持たせて、該当する構造の染色体データを持つ個体データを所定数集合させた初期個体集団を生成して記憶装置に記憶させる初期設定手段と、前記記憶装置に記憶された各個体データの前記染色体データを読み出して、所定の取り合わせ計算ルールに従って、前記個体データ毎に、前記遺伝子Pで指定された母体に前記遺伝子Bで指定された割り付け順で前記全ての製品を割り付ける、割り付け処理を実行する製品割り付け手段と、前記個体データ毎の使用された母体全体の割り付け歩留を個体歩留とし、母体毎の割り付け歩留を材料歩留とし、前記個体歩留が1に近づくにつれて値が高くなりその上昇度が大きくなる関数から導かれたデータを個体適応率データとし、前記材料歩留が高い材料に割り付けられている製品に対応する遺伝子ほど高くなる関数から導かれたデータを遺伝子適応率データとし、前記割り付け処理の結果を取得して、前記個体データ毎に、割り付け結果データと、前記個体適応率データと、前記遺伝子適応率データとを取得して、前記記憶装置に記憶させる適応率計算手段と、前記記憶装置に記憶された前記各個体データの個体適応率データを比較して、個体適応率の高い複数の個体を選択して新たな個体集団を前記記憶装置に記憶させる個体選択手段と、前記新たな個体集団に含まれたいずれかの個体データを一対読み出して、当該一対の染色体データに含まれる同一の製品の遺伝子を比較して、いずれか一方の遺伝子を該当する製品の遺伝子として子に引き継ぐという処理を全ての製品について実行して、子の個体データを生成する処理を、所定数の個体が生成されるまで繰り返す交叉制御手段と、前記所定数の子の個体データに対して、任意の方法で生成した新たな個体データを追加して、新たな親となる個体集団を生成して記憶装置に記憶させる多様化処理手段と、前記交叉制御手段による世代交代処理回数が予め設定した上限値に達するまで、あるいは、前記製品割り付け手段による各個体データの割り付け処理の結果が予め設定した目標値に達するまで、前記製品割り付け手段による割り付け処理と、前記適応率計算手段による前記割り付け結果データと前記個体適応率データと前記遺伝子適応率データの取得処理と、前記個体選択手段による新たな個体集団の選択処理と、前記交叉制御手段による子の個体データ生成処理と、前記多様化処理手段による新たな個体集団の生成処理とを繰り返し実行するように制御する繰り返し制御手段とを備え、前記交叉制御手段は、前記一対の親の、同一の製品の遺伝子適応率を比較して、遺伝子適応率の高いほうの遺伝子を子の当該製品の遺伝子とすることを基本ルールとする一方、一対の親の個体歩留を比較して、個体歩留が高い方の親の遺伝子については、前記基本ルールに従わずに、子の遺伝子として引き継がれる確率を高める基準を設けたことを特徴とする製品割り付け装置。
In each embodiment of the present invention, the above-described problems are solved by the following configurations.
<
Any matrix from the length or volume different types of mutually maternal removed any number, these maternal allocates all products of a plurality of types of places constants to calculate the yield of allocation a product allocation apparatus, chromosome structure that displays a gene P to specify the order of allocating the product gene B to specify the type of matrix allocating each product and its parent for all of said products, each one individual An initial setting means for generating and storing in a storage device an initial individual group in which a predetermined number of pieces of individual data having chromosome data of the corresponding structure are collected, and the individual data stored in the storage device Chromosome data is read out, and according to a predetermined assortment calculation rule, for each individual data, the mother body specified by the gene P is assigned in the order of allocation specified by the gene B. The product allocation means for allocating all the products, executing the allocation process, the allocation yield of the entire base used for each individual data as the individual yield, the allocation yield per mother as the material yield, Data derived from a function whose value increases as the individual yield approaches 1 increases, and the degree of increase thereof becomes the individual adaptation rate data. The gene corresponding to the product assigned to the material having the higher material yield is higher. The data derived from the function is used as gene adaptation rate data, the result of the allocation process is acquired, and the allocation result data, the individual adaptation rate data, and the gene adaptation rate data are acquired for each individual data. Then, the adaptation rate calculation means to be stored in the storage device and the individual adaptation rate data of the individual data stored in the storage device are compared, and A pair of individual selection means for selecting a plurality of individuals and storing a new individual population in the storage device, and any individual data included in the new individual population, and included in the pair of chromosome data by comparing the gene of the same products, running for all the products the process of taking over any child one gene as a gene relevant product, the process of generating the individual data of the child, given Crossover control means that repeats until a number of individuals are generated, and new individual data generated by an arbitrary method is added to the individual data of the predetermined number of children to generate an individual population that becomes a new parent The diversification processing means to be stored in the storage device and until the number of generation change processing by the crossover control means reaches a preset upper limit value, or each individual data by the product allocation means Until the result of the allocation process reaches a preset target value, the allocation process by the product allocation unit, the allocation result data by the adaptation rate calculation unit, the individual adaptation rate data, the gene adaptation rate data acquisition process, and selection process of a new population of individuals by the individual selecting means, wherein the crossover control hand stage individual data generation processing of Yoruko, the various processing means of the control to repeatedly execute a process of generating a new population of individuals And the crossover control means compares the gene adaptation rates of the same product of the pair of parents and sets the gene with the higher gene adaptation rate as the gene of the child product. On the other hand, comparing the individual yield of a pair of parents, the parental gene with the higher individual yield is not subject to the basic rule, and Product assignment apparatus characterized in that a reference to increase the probability taken over as a child.
〈構成2〉
構成1に記載の製品割り付け装置において、前記取り合わせ計算ルールは、製品と遺伝子Bと遺伝子Pとを一組のデータとし、遺伝子Bを第1キーとし遺伝子Pを第2キーとして製品を昇順にソートし、ソートした順に前記製品を取り出して、取り出した製品を遺伝子Bで表示された母体に割り付け、次に取り出した製品の遺伝子Bが別の母体を表示しているときは、その別の母体に当該製品を割り付け、次に取り出した製品の遺伝子Bが同じ母体を表示しているときは、現在割り付け中の母体に当該製品を割り付け可能かどうかを判断し、割り付け可能であれば現在割り付け中の母体に当該製品を割り付け、割り付け不可能であれば、新たな同じ母体に当該製品を割り付けるというものであることを特徴とする製品割り付け装置。
<
In product assignment apparatus according to
〈構成3〉
構成2に記載の製品割り付け装置において、前記母体に製品を割り付ける順序を指定する遺伝子Pは前記材料歩留の関数であって、同じ母体に割り付けられた製品の遺伝子Pはいずれも同じ値になるように設定されることを特徴とする製品割り付け装置。
<
In product assignment apparatus according to
〈構成4〉
構成1乃至3のいずれかに記載の製品割り付け装置において、前記個体適応率データを、前記個体歩留が、前記個体集団に含まれた個体の個体歩留の平均値より低い範囲で小さく、かつ、当該平均値から最大値の範囲で大きく変化する関数を演算して導かれたものにすることを特徴とする製品割り付け装置。
<
In product assignment apparatus according to any of the first to 3, the individual adaptive rate data, said individual yield is smaller at a lower range than the average value of the individual yield of individuals included in the population of individuals, and A product allocating device, wherein the product allocating device is derived by calculating a function that greatly changes in a range from the average value to the maximum value.
〈構成5〉
構成1乃至4のいずれかに記載の製品割り付け装置において、親個体の温度を、個体歩留が高いほど低い値を示す関数で表し、各個体の各製品の遺伝子が子個体に引き継がれる確率を、一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも低くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも高いときは、一方の遺伝子が子の個体に引き継がれ、一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも高くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも低いときは、他方の遺伝子が子の個体に引き継がれ、それ以外の場合には、温度差と遺伝子適応率の関数であって、単調増加あるいは単調減少関数で求められるものによりいずれかの遺伝子が引き継がれる確率が決められることを特徴とする製品割り付け装置。
<
In the product allocating device according to any one of
〈構成6〉
製品割り付け装置のコンピュータを、構成1に記載の各手段として機能させる製品割り付けプログラム。
<
A product allocation program for causing a computer of a product allocation apparatus to function as each means described in
〈構成7〉
製品割り付け装置のコンピュータを、構成1に記載の各手段として機能させる製品割り付けプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
<
A computer-readable recording medium recording a product allocation program that causes a computer of a product allocation apparatus to function as each means described in
〈構成8〉
構成1に記載の製品割り付け装置を使用して、前記各手段による該当する処理を実行するステップを含む製品割り付け方法。
<Configuration 8>
A product allocating method including a step of executing a corresponding process by each means using the product allocating device according to
〈構成1の効果〉
どの製品をどの材料にどういう順番で割り付けるかという情報を遺伝子で表示し、その遺伝子を持つ多数の個体を世代交代させて進化させると、最適な歩留の割り付け結果を遺伝子情報として持つ個体が生成される。適切に早期に進化をし、局所解に陥らないように、交叉制御手段が、遺伝子引き継ぎのためのルールを定めている。個体歩留の高い染色体の遺伝子は、たとえ遺伝子適応率が低くても子に引き継ぐようにして、局所解に陥るのを防止する。また、多様化処理手段による新たな個体集団の生成処理によっても、局所解に陥るのを防止する。
〈構成2の効果〉
遺伝子の表示する情報を利用して、各個体の割り付け結果と、歩留等を自動的に計算することができる。
〈構成3の効果〉
遺伝子Pを第2キーとして昇順にソートしたときに、高い材料歩留を持つ母体が先に割り付けに使用され、高い材料歩留を持つ母体と製品の組み合わせが、次世代に引き継がれる傾向が高くなる。
〈構成4の効果〉
親個体の多様性を維持し、かつ、優秀な個体が優先的に選択されるように、個体適応率を設定した。
〈構成5の効果〉
たとえ遺伝子適応率が大きくても個体全体としての歩留が悪い場合や、遺伝子適応率が低くても個体全体としての歩留が良い場合には、確率的にいずれか一方の遺伝子を子に引き継がせるようにした。
<Effect of
Which product information as to allocate and in what order to any material displayed in the gene, individuals with and Ru evolved to a large number of individuals to generation change with that gene, the allocation result of optimum yield as genetic information Is generated. The crossover control means sets rules for gene transfer so that it can evolve appropriately and early and not fall into a local solution. Chromosome genes with high individual yields are passed on to offspring, even if the gene adaptation rate is low, to prevent falling into a local solution. In addition, the generation of a new individual group by the diversification processing means also prevents falling into a local solution.
<Effect of
Utilizing the information to be displayed in the genes, and the allocation result of each individual, it is possible to automatically calculate the yield or the like.
<Effect of
Gene P when sorted in ascending order as a second key, high material yield base with is used in the allocation to the first, the combination of mother and products with a high material yield is more likely to be taken over to the next generation Become.
<Effect of
The individual adaptation rate was set so that diversity of parent individuals was maintained and excellent individuals were preferentially selected.
<Effect of
Even and if yield as a whole individuals even large genetic adaptation rate is low, if the yield is good as a whole individuals even low genetic adaptation rate is stochastically over to the child either gene I tried to make it.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図面や以下の記述中で示す内容は例示であって,本発明はこれらに限定されないことはいうまでもない。また、本発明の製品割り付け装置に使用するコンピュータプログラムは、CD−ROMのようなコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、任意の情報処理装置にインストールして利用することができる。さらに、ネットワークを通じて使用させたり、配布することができるものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The contents shown in the drawings and the following description are merely examples, and it goes without saying that the present invention is not limited to these. The computer program used for the product allocation apparatus of the present invention can be recorded on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM and installed in any information processing apparatus for use. Furthermore, it can be used and distributed through a network.
(装置の構造)
図1は、本発明の製品割り付け装置の実施例を示す機能ブロック図である。
本発明の装置は、既知の構造のパーソナルコンピュータ等により実現する。図の製品割り付け装置10は、ディスプレイ2と本体制御部3とキーボード4とマウス5とを備えている。本体制御部3にはプリンタ11が接続されている。キーボード4とマウス5とは、演算処理条件を入力する入力手段である。ディスプレイ2やプリンタ11は、演算処理の結果を出力する出力手段である。
(Device structure)
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the product allocation device of the present invention.
The apparatus of the present invention is realized by a personal computer having a known structure. The
図のように、初期設定手段21、製品割り付け手段22、適応率計算手段23、個体選択手段24、交叉制御手段25、多様化処理手段26、繰り返し制御手段27等のコンピュータプログラムがインストールされている。これらのコンピュータプログラムが連携して演算処理を実行する。記憶装置30には、図のように、初期個体集団31、材料データ32、製品データ33、取り合わせ計算ルール34、世代交代上限値35、歩留目標値36、親の個体集団37、子の個体集団38、最良割り付け39、最良個体歩留40等のデータが記憶されている。これらのプログラムの機能やデータの構成は、後で詳しく説明する。
As shown in the figure, computer programs such as initial setting means 21, product allocation means 22, adaptation rate calculation means 23, individual selection means 24, crossover control means 25, diversification processing means 26, and repeat control means 27 are installed. . These computer programs cooperate to execute arithmetic processing. The storage device 30, as shown in the figure, the initial population of
図2は上記の製品割り付け装置の本体制御部の内部ブロック図である。
コンピュータの内部バス110には、CPU(中央処理装置)111と、ROM(リードオンリメモリ)112と、RAM(ランダムアクセスメモリ)113と、HDD(ハードディスク)114と、入出力インタフェース115が接続されている。入出力インタフェース115には、ディスプレイ2とキーボード4とマウス5とプリンタ11が接続されている。
FIG. 2 is an internal block diagram of the main body control unit of the product allocation device.
A CPU (Central Processing Unit) 111, a ROM (Read Only Memory) 112, a RAM (Random Access Memory) 113, an HDD (Hard Disk) 114, and an input /
図1に示した記憶装置30は、ROM112やRAM113やHDD114により構成される。演算処理装置20は、CPU111、ROM112、RAM113等により構成される。演算処理に必要なデータは主としてHDD114に記憶されて保存される。CPU111が実行するコンピュータプログラムは、ROM112に記憶され、あるいはRAM113に適時ロードされる。
The storage device 30 illustrated in FIG. 1 includes a
図3は、本発明の製品割り付け装置で使用するデータ構造の説明図である。図4は、その概略動作を示す説明図である。
図3と図4と図1を参照しながら、図1で示した各手段の機能の概略を説明する。この装置は、まず、長さ又は容積が互いに異なる複数種類の母体の中から任意の母体を任意の数だけ選択して取り出す。そして、これらの母体に、複数種類の、所定数の全ての製品を割り付ける。その後その割り付けの歩留を計算する。材料データ32の例を図3の左上に示す。製品データ33の例を図3の右上に示す。材料長と製品長の単位はmmである。例えば、材料は3種類、製品は10種類の長さを有する。初期設定手段21は材料データ32や製品データ33を使用して初期個体集団31を生成して記憶装置30に記憶させる機能を持つ。材料データ32や製品データ33は、予め、上記の入力手段により入力されている。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a data structure used in the product allocation device of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the schematic operation.
The outline of the function of each unit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. This apparatus first selects and takes out an arbitrary number of arbitrary mother bodies from a plurality of types of mother bodies having different lengths or volumes. Then, a plurality of types of all products of a predetermined number are assigned to these mother bodies. After that, the yield of the allocation is calculated. An example of the
この発明では遺伝子工学的手法を採用するため、各種の遺伝子を配列して構成される染色体データを定義する。個体は染色体を持ち、染色体の性質が次世代の個体に遺伝的に引き継がれる。図3に示す初期個体データの各遺伝子座には、割り付けられる全ての製品の識別データが順番に表示されている。各遺伝子座の製品は、それぞれ遺伝子Bと遺伝子Pとを持つ。遺伝子Bは、その製品を割り付ける母体の種類を指定する情報を表示する。遺伝子Pは、取り合わせ計算の際に母体に製品を割り付ける順序を指定するソートキーになる情報を表示する。図3に例示した初期個体データでは、遺伝子座1の製品P1は、遺伝子BがM1だから材料種別データM1の母体に割りつけられる。同時に、遺伝子Pが0.1である。この値が小さいほど先にいずれかの母体に割り付けられる。この遺伝子Pは、例えば、0と1の間の実数とされる。なお、個体データの主要部は染色体データであるため、以下の説明では個体データについてのみ説明する。なお、個体データは、図3の最下段に示すように、染色体データの他に、属性データとして個体歩留を含む。
In this invention, in order to employ a genetic engineering technique, chromosome data constituted by arranging various genes is defined. Individuals have chromosomes, and the properties of the chromosomes are inherited genetically by the next generation individuals. Each locus initial individual data shown in FIG. 3, the identification data of all the products are allocated et al are displayed in sequence. The product at each locus has a gene B and a gene P, respectively. The gene B displays information specifying the type of mother body to which the product is assigned. The gene P displays information that serves as a sort key for designating the order in which products are assigned to the mother body during the assortment calculation. In the initial individual data illustrated in FIG. 3, the product P1 at the
製品割り付け手段22は、記憶装置30に記憶された初期個体集団31に含まれた各初期個体データの染色体データを読み出して、割り付け処理を実行する機能を持つ。この割り付け処理は、記憶装置30に記憶された取り合わせ計算ルール34に従って実行される。割り付け処理では、個体データ毎に、遺伝子Bで指定された母体に遺伝子Pで指定された割り付け順で全ての製品を割り付ける計算を行う。この計算をするときには、図3の中段に示すように、初期個体データを遺伝子Bを第1キーとし遺伝子Pを第2キーとしてソートする。こうして得られた材料取り合わせ計算用データを用いて、M1の母体にP1とP3とP6の製品がこの順番に割り付けられるという計算を実行する。
The
次に、適応率計算手段23は、個体歩留と材料歩留と個体適応率データと遺伝子適応率データとを取得して、記憶装置30に記憶させる機能を持つ。個体歩留は、個体データ全体の割り付け結果から求められる、使用された母体全体の割り付け歩留である。材料歩留は、母体毎の割り付け歩留である。図3の一番下の表に示す個体データ中に、個体歩留と材料歩留の例を示した。割り付け結果データは、どの母体にどの製品を割り付けたかを示す。個体適応率データは、後で説明するように、個体歩留の関数から導かれる。遺伝子適応率データは、後で説明するように、材料歩留の関数から導かれる。 Next, the adaptation rate calculation means 23 has a function of acquiring the individual yield, the material yield, the individual adaptation rate data, and the gene adaptation rate data and storing them in the storage device 30. Individuals yield is determined from the assignment result of the entire individual data is cut assignment step of the whole matrix used. Material yield is distillate allocation step of every mother. In the individual data shown in the bottom table of FIG. 3, examples of individual yield and material yield are shown. The allocation result data indicates which product is allocated to which matrix. The individual adaptation rate data is derived from a function of individual yield, as will be described later. The gene fitness data is derived from a function of material yield, as will be explained later.
以上の処理によって図4に示すように、初期個体集団31(図1)から親の個体集団37を求める準備ができた。図4の右上の比較処理は終了判断の処理である。初期状態では、終了判断の処理を飛ばして個体選択手段24(図1)が図4の中段の選択処理を実行する。個体選択手段24は、記憶装置30に記憶された各個体データの個体適応率データを比較して、適応率の良い複数の個体を選択して親の個体集団37とし、これらを記憶装置30に記憶させる。個体歩留の良い親だけを残して世代交代をさせるためである。
With the above processing, as shown in FIG. 4, preparation for obtaining the parent
交叉制御手段25は、親の個体集団37に含まれたいずれかの個体データを一対ずつ読み出して、順番に子の個体データを生成する機能を持つ。所定数の子の個体データにより、子の個体集団38が生成される。交叉制御手段25は、一対の個体データの染色体データに含まれる同一の製品(遺伝子座が一致する)の遺伝子を比較する。そして、いずれか一方の遺伝子を該当する製品の遺伝子として子に引き継ぐという処理を全ての製品について実行する。これで一個の子の個体データが生成される。この処理を所定数の個体が生成されるまで繰り返す。本発明では、特にこの交叉処理で、焼きなまし法を採用する。その具体的な処理は後述する。
The crossover control means 25 has a function of reading one pair of individual data included in the parent
多様化処理手段26は、交叉制御手段25が生成した所定数の子の中から、あらかじめ決められた一定の確率(突然変異確率)で選ばれた個体に対して、任意のいくつかの遺伝子座の遺伝子を変化させる突然変異操作を行うか、あるいは選ばれた個体を任意の方法で生成した新たな個体データで入れ替えることで、新たな個体集団41を生成して記憶装置に記憶させる機能を持つ。その後は、再び製品割り付け手段22による取り合わせ計算が実行される。そして、製品割り付け手段22による割り付け処理と、適応率計算手段23による適応率の取得処理と、個体選択手段24による個体の選択処理と、交叉制御手段25による子の個体データ生成処理と、多様化処理手段26による新たな個体集団の生成処理が繰り返される。
The diversification processing means 26 is a gene for any of several loci for an individual selected from a predetermined number of children generated by the crossover control means 25 with a predetermined probability (mutation probability). A function of generating a new individual population 41 and storing it in the storage device is performed by performing a mutation operation that changes the number of the selected individuals or replacing the selected individual with new individual data generated by an arbitrary method. Thereafter, the assortment calculation by the product allocation means 22 is executed again. Then, the allocation process by the
繰り返し制御手段27は、この繰り返し制御を、交叉制御手段25による世代交代処理回数が世代交代上限値35に達するまで繰り返す。また、あるいは、製品割り付け手段22による各個体データの割り付け処理の結果を、歩留目標値36と比較して、目標値に達するまで繰り返す。最後に、最良割り付け39と最良個体歩留40を示すデータが得られて、ディスプレイ2やプリンタ11に出力されて処理を終了する。
The iterative control means 27 repeats this iterative control until the number of generation change processes by the crossover control means 25 reaches the generation change
上記の非特許文献1に記載のEEM(拡張エリート選択法)では、製品が割り付けられた材料の残材率(=1−材料歩留)の関数である交叉制御パラメータ(Crossover Control Parameter :CCP)を定義した。このCCPを、染色体を構成する各遺伝子が、次世代に引き継がれるためのパラメータにした。即ち、次のルールで親1と親2から子1を生成する。また、このルールの親1と親2の関係を入れ替えたもので子2を生成する。
CCPi(親1)≧Rndならば、子1のi番目の遺伝子=親1のi番目の遺伝子
CCPi(親1)<Rndならば、子1のi番目の遺伝子=親2のi番目の遺伝子
但し、CCPi(親1)は、親1のi番目の遺伝子のCCP、Rndは(0,1)の乱数
In the EEM (Extended Elite Selection Method) described in
If CCPi (Parent 1) ≥ Rnd, i-th gene of
If CCPi (parent 1) <Rnd, the i-th gene of
このように、残材率の低い「良い遺伝子」が引き継がれるようにCCP関数を定義すれば、世代交代の結果、より優れた染色体を持つ個体が生まれ、収束性を確保できる。しかしながら、このEEMでは、子は“良い遺伝子”を片親からのみ引き継ぐことになる。これに対して、本発明では、それぞれの親から歩留の高い「良い遺伝子」を引き継ぐことができるため、さらに良い収束性が期待できる。しかも、交叉ルールに焼きなまし法による確率関数を使って、局所解に陥る危険を回避した。従って、本発明の製品割り付け装置によれば、遺伝子工学的手法により、長さ又は容積が互いに異なる複数種類の母体(材料,容器)に対して複数種類の製品の割り付けを効率的に行うための割り付け結果を取得できる。 In this way, if the CCP function is defined so that a “good gene” with a low residual material rate is inherited, individuals with better chromosomes are born as a result of the generation change, and convergence can be ensured. However, in this EEM, the child will inherit the “good gene” from only one parent. On the other hand, in the present invention, a “good gene” having a high yield can be inherited from each parent, so that even better convergence can be expected. Moreover, the risk of falling into a local solution was avoided by using a probability function based on the annealing method for the crossover rule. Therefore, according to the product allocation device of the present invention, it is possible to efficiently allocate a plurality of types of products to a plurality of types of mother bodies (materials and containers) having different lengths or volumes by genetic engineering techniques. The allocation result can be acquired.
(使用される記号の説明)
次に、上記の処理をより具体的な実施例で説明する。以下の説明では、表1に示す記号を用いる。なお、材料の長さ種別を「材長種」と表現した。
(Explanation of symbols used)
Next, the above process will be described in a more specific embodiment. In the following description, the symbols shown in Table 1 are used. The material length type was expressed as “material length type”.
(歩留の目標値)
この実施例では、プレカット製品を材料から切り出すときの最適な割り付け方法の算出を紹介する。最適な割り付けかどうかは、下記のように、材料の歩留が最大かどうかで判断する。
今、m種類の長さbt(t=1,・・・,m)の材料が十分にあり、これから長さli(i=1,・・・,n)の製品全てを切り出すとき、材長種tの材料の使用コストをctとすると、CSP(Cutting Stock Problems)は、下の(1)式で表せる。
This example introduces the calculation of the optimal allocation method when cutting a precut product from a material. The optimum allocation is determined by whether the material yield is maximum as described below.
Now, there are enough materials of m lengths b t (t = 1,..., M), and when cutting out all products of length l i (i = 1,..., N), When the material cost of using the wood length species t and c t, CSP (Cutting Stock Problems ) can be expressed by equation (1) below.
CSPでは歩留最大を狙うのが一般的である。歩留yは次の(5)式で表される。
以上の内容において、m=1とすれば通常の一次元ビンパッキング問題(Bin Packing Problem: BPP)となることは言うまでも無い。
既存の計算方法を使用して、予め最良と思われる個体歩留を計算しておき、図1に示す最良個体歩留40を記憶しておくとよい。他の計算方法よりも良い歩留が得られたらそれを採用するというように、本発明の装置を利用するとよい。
In CSP, it is common to aim for the maximum yield. The yield y is expressed by the following equation (5).
In the above contents, it goes without saying that if m = 1, it becomes a normal one-dimensional bin packing problem (BPP).
An individual yield that seems to be the best is calculated in advance using an existing calculation method, and the best
(初期個体集団と世代交代)
本発明では、収束性のよい染色体を持つ個体構造を定義する。各個体の染色体は、それぞれいずれかの材料に全ての製品を割り付けた、割り付け結果を示す情報を持つ。初期個体集団には、割り付け結果が良いものも悪いものも混在させる。こうした所定数の個体を生成して、目的を達成するまで、良い遺伝子を引き継ぐように世代交代をさせる。この世代交代のつど、後で説明する(取り合わせ計算ルール)を適用して各個体の歩留を評価する。
(Initial population and generational change)
In the present invention, an individual structure having a chromosome with good convergence is defined. Each individual's chromosome has information indicating the result of assignment, in which all products are assigned to any one of the materials. In the initial population, those with good and bad allocation results are mixed. Such a predetermined number of individuals are generated, and generational changes are made so that good genes are inherited until the objective is achieved. Each of the generational change, to evaluate each individual of the yield by applying will be described later (assortment calculation rules).
(個体構造の定義)
使用される個体の染色体は、表2のように遺伝子Bと遺伝子Pとを有する。遺伝子座は、割り付けられる製品の数だけあり、割り付けられる製品と1対1で対応している。遺伝子B(表2中で「GeneB」と表示している)は、製品を割り付ける材長種を指定する。遺伝子P(表2中で「GeneP」と表示している)は、同じ材長種に割り付けられる製品群の中での割り付け順を指定する。
(Definition of individual structure)
The chromosome of the individual used has gene B and gene P as shown in Table 2. There are as many gene loci as there are products to be assigned, and there is a one-to-one correspondence with the assigned products. Gene B (labeled “GeneB” in Table 2) designates the material length type to which the product is assigned. Gene P (indicated as “GeneP” in Table 2) designates the order of allocation in the group of products allocated to the same material length type.
(取り合わせ計算ルール)
上記のように個体構造を定義することにより、個体の世代交代による進化を制御できる。取り合わせ計算ルールは、個体の歩留の評価と、世代交代を制御するパラメータのせ計算に使用される。各個体は、各遺伝子座に遺伝子Bと遺伝子Pを持つ2重遺伝子構造の染色体を有する。この染色体について、取り合わせ計算を以下のようなルールで行う。なお、「鼻切」と「鋸代」は材料長や製品長の調整で組み込むことができるので、ここでは単純化のため無視した。
始めに、製品を,GeneBを第1キー,GenePを第2キーとして昇順にソートし,ソートした順に製品を取り出して、以下のステップ(Step1と Step2)をすべての製品が割付けられるまで繰り返す。
Step1. GeneBが変化したら,新しい材長種の新たな材料に割付ける
Step2. GeneBが変化しないときは,現在割付け中の材料にその製品が割付け可能であれば割付け,不可能であれば同じ材長種の新たな材料に割付ける。
(Assortment calculation rules)
By defining the individual structure as described above, it is possible to control the evolution of individuals by generational change. The assortment calculation rule is used for evaluation of individual yield and calculation of parameters for controlling generation change. Each individual has a double gene structure chromosome having gene B and gene P at each locus. For this chromosome, assortment calculation is performed according to the following rules. Note that “nose clip” and “saw allowance” can be incorporated by adjusting the material length and product length, so they are ignored here for simplicity.
First, sort the products in ascending order with GeneB as the first key and GeneP as the second key, take out the products in the sorted order, and repeat the following steps (
Step1. If GeneB changes, assign it to a new material with a new material length
Step2. If GeneB does not change, assign the product to the currently assigned material if the product can be assigned, and assign it to a new material of the same material type if it is not possible.
(収束性確保のための遺伝子構造)
上記の取り合わせルールでは、割付け順がGenePの相対的な大小関係で決まる。その結果、GenePの微小な変化で材料−製品グループが過敏に変化してしまうため、通常の一様交叉のような方法では安定的な最適解への進化が期待できない。そこでこれを回避するために、「高い材料歩留をもつ材料−製品グループが次世代に引き継がれる傾向」を持たせる。具体的には次の2つの制御を行う。この制御が可能な遺伝子構造の設計が必要である。
制御1: 材料歩留の高い材料−製品グループに属する製品は優先的に割付け順を早くして、先行する材料の取り合わせでグループが破壊されないようにする。
制御2: 材料歩留の高い材料−製品グループに属する製品の遺伝子が、交叉操作で次世代にできるだけ引き継がれるようにする。
(Gene structure to ensure convergence)
In the above assembling rules, the allocation order is determined by the relative size relationship of GeneP. As a result, the material-product group changes sensitively due to a slight change in GeneP, so it is not possible to expect an evolution to a stable optimal solution by a method such as ordinary uniform crossover. Therefore, in order to avoid this, a material-product group having a high material yield is apt to be handed over to the next generation. Specifically, the following two controls are performed. It is necessary to design a gene structure capable of this control.
Control 1: Material with a high material yield—Products belonging to a product group are preferentially assigned earlier so that the group is not destroyed by the combination of the preceding materials.
Control 2: Material with high material yield-Ensure that the genes of products belonging to the product group are inherited as much as possible to the next generation through crossover operations.
(制御1)
制御1のために、「個体歩留」と「材料歩留」をパラメータにする。さらに遺伝子Pを下記のように定義する。製品iをi番目の遺伝子座に対応させ、割り付ける材長種をti、割り付け順をsiとし、製品iの長さをliとする。材長種tの材料の集合をBt、長さをbt、Btに属する材料をk(t)(=1,2,・・・)として、この材料に割り付けられた製品の集合をIk(t)とする。このとき材料k(t)の歩留yk(t)は次の(7)式で定義される。この歩留は、(5)式の個体全体の歩留に対して材料単位の歩留である。(5)式が「個体歩留」、(7)式が「材料歩留」である。
(Control 1)
For
(制御2)
この材料歩留を用いて製品iの遺伝子座の遺伝子Bと遺伝子Pを、下記のように表現する。
Using this material yield, gene B and gene P at the locus of product i are expressed as follows.
ここで、遺伝子Bは1からmまでのいずれかの材料を指定する値を表示する。遺伝子Pは、0と1の間の数値で、ソートキーになる。εは、同一の材料に割り付けられた製品グループの遺伝子Pが確実に同じ値となるために調整をする定数で、材料歩留に対して十分に小さな値とする。(9)式のように遺伝子Pを定義すると、より高い材料歩留の材料に割り付けられた製品の遺伝子Pは小さな値になり、ソートしたとき先頭側に並び、取り合わせ計算の順番が早くなる。従って優先的に割り付けが行われる。このため、材料歩留の高い材料−製品グループが材料歩留の低い製品によって破壊されることが抑制され、収束性が向上する。なお、遺伝子Pの初期値は、乱数を用いて決定することができる。 Here, gene B displays a value specifying any material from 1 to m. Gene P is a numerical value between 0 and 1 and serves as a sort key. ε is a constant that is adjusted to ensure that the gene P of the product group assigned to the same material has the same value, and is a sufficiently small value for the material yield. When the gene P is defined as shown in the equation (9), the gene P of the product assigned to the material having a higher material yield becomes a small value, and when sorted, the gene P is arranged at the head side and the order of the assembling calculation is accelerated. Therefore, allocation is performed preferentially. For this reason, it is suppressed that a material-product group with a high material yield is destroyed by a product with a low material yield, and convergence is improved. The initial value of gene P can be determined using a random number.
初期個体を生成する方法は、特に限定されず、所定の規則に従った方法によって生成してもよい。乱数を用いた方法によって個体を生成してもよい。所定の規則に従った方法とは、予め定めてあるルールに従って製品を材料に割り当て、その結果に基づいて遺伝子B及び遺伝子Pを設定する方法である。この方法の例としては、本発明者らによる非特許文献2に記載されたRevised First Fit Descending (RFFD)法や特に製品の並びに条件をつけないで同じアルゴリズムを適用するRevised First Fit (RFF)法が挙げられるが、これらに限定されない。
The method for generating the initial individual is not particularly limited, and may be generated by a method according to a predetermined rule. Individuals may be generated by a method using random numbers. The method according to a predetermined rule is a method of assigning a product to a material according to a predetermined rule and setting the gene B and the gene P based on the result. Examples of this method include the Revised First Fit Descending (RFFD) method described in
一般に所定の規則に従った方法によって初期個体を生成した場合、個体が最初から比較的優秀であるので迅速に収束する反面、局所解への落ち込みが起こり易いという特徴がある。一方、乱数を用いた方法によって初期個体を生成した場合、局所解への落ち込みが起こり難い反面、収束までに時間がかかるという特徴がある。そこで、所定の規則に従った方法によって一部の個体を生成し、乱数を用いた方法によって残りの個体を生成することによって初期の集団を生成する。これによって局所解への落ち込みを抑制しつつ収束を早めることができる。所定の規則に従った方法によって生成する個体の割合は、例えば10〜90%である。材料種と製品の組み合わせによって結果が異なる。所定の規則に従った方法のみで個体を生成するといい結果が得られることある。また、乱数を用いた方法のみによって個体を生成といい結果が得られることある。しかし、両者を組み合わせた方がいい結果が得られる可能性が高いと考えられる。 In general, when an initial individual is generated by a method according to a predetermined rule, since the individual is relatively excellent from the beginning, it converges quickly, but it tends to drop into a local solution. On the other hand, when an initial individual is generated by a method using random numbers, it is difficult for a drop to a local solution to occur, but it takes time to converge. Therefore, some individuals are generated by a method according to a predetermined rule, and an initial population is generated by generating the remaining individuals by a method using random numbers. As a result, convergence can be accelerated while suppressing a drop in the local solution. The proportion of individuals generated by a method according to a predetermined rule is, for example, 10 to 90%. The results vary depending on the combination of material type and product. A good result may be obtained if an individual is generated only by a method according to a predetermined rule. In addition, a good result may be obtained when an individual is generated only by a method using random numbers. However, the combination of both is likely to give a better result.
(初期個体集団の生成)
初期設定手段21は、上記のように定義した個体を複数生成することによって初期個体集団31を生成する。以下、初期個体集団31の生成方法の一例を示す。
この例では、1個体にはRFFDを適用し、残りの個体には必要回数製品をランダムに並び替えてRFFを適用して生成する。但し、初期個体の多様性を確保するために、すべてをRFFDおよびRFFで生成するのではなく、あらかじめ決められたRFF生成比率αに相当する個体数とし、残りは乱数によって生成する。具体的には以下のように行う。
(Generation of initial population)
The initial setting means 21 generates an initial
In this example, the RFFD is applied to one individual, and the products are generated by applying the RFF to the remaining individuals by rearranging the products a required number of times at random. However, in order to ensure the diversity of the initial individuals, not all of them are generated by RFFD and RFF, but the number of individuals corresponding to a predetermined RFF generation ratio α, and the rest are generated by random numbers. Specifically, it is performed as follows.
ここでβは(9)式で得られる遺伝子Pの値の範囲から突出しないためのパラメータで、先行実験によって残材率の分布をみておよそ下限値になるように値を設定する。 Here, β is a parameter that does not protrude from the range of the value of the gene P obtained by equation (9), and is set to a value that is approximately the lower limit by looking at the distribution of the remaining material ratio through a prior experiment.
(適応率の算出)
図4を用いて説明したように、初期設定手段21が初期個体集団31を生成した後に、製品割り付け手段22が材料取り合わせ計算を行い、その後、適応率計算手段23が個体適応率と遺伝子適応率を計算する。また、遺伝子Pが材料歩留に基づいて算出される場合、(9)式を使用して遺伝子Pの更新を行う。
(Calculation of adaptation rate)
As described with reference to FIG. 4, after the
(1)遺伝子適応率
遺伝子適応率は、各個体における各製品の割り付けの優劣を示す指標となるものである。その表現方法は特に限定されない。一例では、遺伝子適応率GFR(Gene Fitness Ratio)は、下の(13)式のように、材料歩留を用いて表現することができる。(13)式によれば、材料歩留が高い材料に割り付けられている製品に対応する遺伝子の遺伝子適応率が高くなり、このような遺伝子が交叉操作で生成される次世代の個体に引き継がれやすい。
(1) Gene adaptation rate The gene adaptation rate is an index indicating the superiority or inferiority of the allocation of each product in each individual. The expression method is not particularly limited. In one example, the gene fitness ratio GFR (Gene Fitness Ratio) can be expressed using the material yield as shown in the following equation (13). According to (13), the higher the gene gene adaptation rate that corresponds to the product of the material yield is allocated to high material, such genes are carried over to the next generation of the individual to be generated by the crossover operation Cheap.
(2)個体適応率
個体適応率は、各個体の優劣を示す指標となるものであればその表現方法は特に限定されない。一例では、個体適応率は、(5)式で示される個体歩留が1に近づくにつれて値の上昇度が大きくなる関数に基づいて算出される。このように設定することによって、個体歩留が高い個体が個体選択手段24によって選択されて親の個体になる可能性が高まり収束性が向上する。
個体適応率aは、一例では、(5)式の個体歩留y(0≦y≦1)を関数Fでスケーリングしたものであり、(14)式のように表現することができる。
(2) Individual adaptation rate The expression method of the individual adaptation rate is not particularly limited as long as it is an index indicating the superiority or inferiority of each individual. In one example, the individual adaptation rate is calculated based on a function in which the degree of increase in value increases as the individual yield expressed by equation (5) approaches 1. By setting in this way, an individual with a high individual yield is selected by the
For example, the individual adaptation rate a is obtained by scaling the individual yield y (0 ≦ y ≦ 1) of the equation (5) by the function F, and can be expressed as the equation (14).
この個体適応率は親の個体を選択するための選択基準となるため、個体の生存分布はこの関数に依存し、その結果収束性に影響を与える。最適値への収束性のためには個体の多様性と優秀性のバランスが重要である。そのため、全ての個体の個体歩留の平均値を求めておき、個体適応率は、個体歩留yが平均値より低い範囲では小さく、平均値から最大値にかけて大きく変化する関数によってスケーリングするのが合理的である。このような関数の一例は、F(y)=y10である。 Since this individual adaptation rate becomes a selection criterion for selecting a parent individual, the survival distribution of the individual depends on this function and consequently affects the convergence. The balance between individual diversity and excellence is important for the convergence to the optimal value. Therefore, the average value of individual yields of all individuals is obtained, and the individual adaptation rate is small when the individual yield y is lower than the average value, and is scaled by a function that varies greatly from the average value to the maximum value. Is reasonable. An example of such a function, F (y) = a y 10.
(個体選択)
個体選択手段23は、与えられた個体集団の中から、世代交代をさせる場合の親となる個体を選択する。例えば、個体集団の3分の1を選択して残し、他は破棄する。選択する割合はケースによって様々で、例えば10〜90%のうちの任意の割合を採用するとよい。これで、良い遺伝子を持つ親を優先的に残すようにするとともに、次のような調整も行なう。例えば、まず、全ての個体を個体適応率の順番にソートし、個体適応率が高い所定数の個体を選択する。これがエリート選択法である。次に、残りの個体から所定数の個体をルーレット選択法により選択する。各個体の選択確率は個体適応率に比例させるとよい。この他に、個体適応率を利用した各種の選択法を組み合わせても良い。
(Individual selection)
The individual selection means 23 selects an individual to be a parent when changing generations from a given individual group. For example, select one third of the population and leave it, discarding the others. The ratio to be selected varies depending on the case. For example, any ratio of 10 to 90% may be adopted. This will leave the parents with good genes preferentially and make the following adjustments. For example, first, all individuals are sorted in the order of individual adaptation rates, and a predetermined number of individuals with high individual adaptation rates are selected. This is the elite selection method. Next, a predetermined number of individuals are selected from the remaining individuals by the roulette selection method. The selection probability of each individual may be proportional to the individual adaptation rate. In addition, various selection methods using the individual adaptation rate may be combined.
エリート選択法のみでは多様性が失われて局所解に落ち込みやすい。ルーレット選択法のみでは収束性が良くない。従って、エリート選択法とルーレット選択法等を組み合わせることが好ましい。例えば、選択する個体のうちの5%をエリート選択法で選択する。残りをルーレット選択法やその他の選択法により選択する。ルーレット選択法のほかにエリート選択法やその他の選択法を使用する割合は3%〜30%程度が適する。ケース毎に適するものを採用するとよい。 Diversity is lost only by the elite selection method and it tends to fall into a local solution. Convergence is not good only by the roulette selection method. Therefore, it is preferable to combine the elite selection method and the roulette selection method. For example, 5% of the individuals to be selected are selected by the elite selection method. The rest is selected by the roulette selection method or other selection methods. In addition to the roulette selection method, the ratio of using the elite selection method and other selection methods is suitably about 3% to 30%. It is good to adopt what is suitable for each case.
(交叉処理)
図5は交叉制御手段の動作説明図である。
交叉制御手段25は、選択後の親の個体集団37に含まれる個体データを一対ずつ親個体として取り出し、交叉制御により子の個体データを生成する。これらが次世代の子の個体集団になる。交叉制御では、取り出した一対の親個体の、同じ遺伝子座にある各遺伝子の遺伝子適応率を、個別に比較する。図では、一対の親を親1、親2と表示した。また、交叉制御をわかりやすくするため、各遺伝子座には、製品が割り付けられた材長種(A、B、C、D・・)とGFRのみを記した。
(Crossover process)
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the crossover control means.
The crossover control means 25 takes out individual data included in the parent
原則として、遺伝子適応率を比較し、遺伝子適応率が高いほうの親個体の遺伝子を子に引き継ぐ。引き継がれる遺伝子は、それぞれGeneBとGenePである。 As a rule, the gene adaptation rates are compared, and the gene of the parent individual with the higher gene adaptation rate is inherited to the child. The inherited genes are GeneB and GeneP, respectively.
このTCOMは上記の2つの制御によって、製品の並びを染色体とする遺伝子構造にもかかわらず、材料に割付けられる製品のグループを尊重し、無駄な冗長性によって探査空間を広げることなく、遺伝子毎にGFRを比較して高い適応率の遺伝子を次世代に引き継ぐことで、遺伝子の総体である個体の適応率を高めていくことに特徴がある。 This TCOM respects the group of products assigned to the material, regardless of the gene structure whose chromosome is the product sequence, by the above two controls, and for each gene without expanding exploration space due to wasteful redundancy. Compared to GFR, it is characterized by increasing the adaptation rate of individuals as a whole of genes by passing on a gene with a high adaptation rate to the next generation.
しかし、この方法は(15)式のルールで引き継ぐ遺伝子が決まるため、例えば極めて高い材料歩留をもつ材料に割付けられた製品の遺伝子は“常に”次世代に引き継がれることになる。ところが、一部の材料歩留が高くても材料歩留の総和としての個体歩留が高いとは限らない。なかにはある材料の歩留を低くすることで、他の材料の歩留が改善され、全体の歩留を高くする場合もありうるが、(15)式のルールによる交叉方法を固定的に扱うと、たとえば限りなく1に近い材料歩留の遺伝子の組は、必ず次世代に引き継がれ材料歩留が低くなる可能性はほとんど無い。この場合、袋小路に入ってしまい、局所解に陥る危険がある。 However, since the gene to be inherited is determined by the rule of the formula (15) in this method, for example, the gene of the product assigned to the material having a very high material yield is “always” inherited to the next generation. However, even if some material yields are high, the individual yield as the sum of the material yields is not always high. In some cases, lowering the yield of one material can improve the yield of other materials and increase the overall yield. However, if the crossover method based on the rule of equation (15) is fixedly handled, For example, a set of material yield genes that is almost as close to 1 is surely inherited by the next generation, and there is almost no possibility that the material yield will be lowered. In this case, there is a risk of entering a dead end and falling into a local solution.
特にRFFで生成される個体は、FF法の特徴である良い組み合わせの先取りにより、高い歩留の組み合わせのある一方で、最後に割付けられた材料の歩留が低くなり、全体歩留が高くならない場合がある。実際、後で述べるように前回のTCOMの提案(豊田, 2008)では、BPPのベンチマークによる評価の中で、RFFによる初期個体生成率をα=1とした場合、α=0.5とした場合より悪くなることがわかっている。 Individuals generated by RFF, in particular, have a high yield combination due to good combination preemption, which is a feature of the FF method, while the yield of the material assigned at the end is low and the overall yield is not high. There is a case. In fact, as described later, in the previous TCOM proposal (Toyota, 2008), when the initial individual generation rate by RFF was set to α = 1 and α = 0.5 in the BPP benchmark evaluation I know it will be worse.
これを解決するために、本発明では、(15)式の交叉ルールに確率的な要素を組み込む。そこで焼きなまし法(Simulated Annealing)の考え方を取り入れることにする。焼きなまし法は、内部温度がゆっくり冷えるにつれて原子が初期の高エネルギー状態からエネルギー極小の状態に移る現象に倣って、内部温度を定義し、この温度が高いときは解を大きく変化させることで探査範囲を広げ、温度の低下とともに徐々に探査範囲を収束させていく手法である。この考え方を次のように交叉ルールに取り入れる。 In order to solve this, in the present invention, a stochastic element is incorporated into the crossover rule of the equation (15). Therefore, we will adopt the concept of simulated annealing. In the annealing method, the internal temperature is defined following the phenomenon in which atoms move from the initial high energy state to the energy minimum state as the internal temperature slowly cools. This is a technique to gradually converge the exploration range as the temperature decreases. This idea is incorporated into the crossover rule as follows.
(交叉ルール)
親個体P(P=1,2)の“温度”T(p)を親の個体歩留の関数として以下のように定義する。これにより、個体歩留が高いほど温度が低いという性質を持たせる。
T(p)=(1- y(p))×γ P=1,2 (16)
ここでy(p)は親個体Pの個体歩留、γは調整パラメータで本論ではγ=0.1とした。子のi番目の遺伝子が親1から引き継がれる確率をPr(1)として、これを両親のGFRと温度の関数として以下のように定義する。
The “temperature” T (p) of the parent individual P (P = 1, 2) is defined as a function of the parent individual yield as follows. Thus, the higher the individual yield, the lower the temperature.
T (p) = (1- y (p) ) × γ P = 1,2 (16)
Here, y (p) is the individual yield of the parent individual P, γ is an adjustment parameter, and γ = 0.1 in this discussion. The probability that the child's i-th gene is inherited from
図6は、(17)式の確率関数をグラフ化した説明図である。
親1から遺伝子が引き継がれる確率はPr(1)である。親2から遺伝子が引き継がれる確率はPr(2)=1 −Pr(1)である。(17)式の確率関数を使って、(15)式の交叉ルールを次式のように変更する。図6には、親1の遺伝子を引き継ぐ確率曲線(T =0.01の場合)を示した。
The probability that a gene is inherited from
このルールは、個体歩留の低い個体は高い内部エネルギーを持つため、この個体のある遺伝子が高い遺伝子適応率を持っていても、相対的に内部エネルギーの低い個体の遺伝子との生存競争に敗れる場合があることを意味している。従って極めて高い材料歩留をもつ材料に割付けられた製品の遺伝子であっても、その個体の歩留が相手の個体歩留より低い場合には、子に引き継がれない可能性がでてくることになる。これにより、局所解に陥る危険を緩和することができると期待される。 According to this rule, an individual with a low individual yield has a high internal energy, so even if a gene of this individual has a high gene adaptation rate, it will lose the survival competition with the gene of an individual with a relatively low internal energy. It means that there are cases. Therefore, even if the gene of a product assigned to a material with an extremely high material yield is used, if the individual's yield is lower than the partner's individual yield, the child may not be inherited. become. This is expected to reduce the risk of falling into a local solution.
即ち、親個体の温度を、個体歩留が高いほど低い値を示す任意の関数で表す。そして、各個体の各製品の遺伝子が子個体に引き継がれる確率をこの温度に依存させる。一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも低くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも高いときは、一方の遺伝子が子の個体に引き継がれる。一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも高くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも低いときは、他方の遺伝子が子の個体に引き継がれる。それ以外の場合には、温度差と遺伝子適応率の関数によりいずれかの遺伝子が引き継がれる確率が決められる。図6のグラフのexpカーブはその確率が単調増加あるいは単調減少関数で求められることを示す。たとえ遺伝子適応率が大きくても個体全体としての歩留が悪い場合や、遺伝子適応率が低くても個体全体としての歩留が良い場合には、確率的にいずれか一方の遺伝子を子に引き継がせるようにして、局所解へ陥るのを防止した。 That is, the temperature of the parent individual is expressed by an arbitrary function that shows a lower value as the individual yield is higher . Then, the probability that the gene of each product of each individual is inherited by the child individual is made to depend on this temperature. When one temperature of a pair of parent individuals is lower than the other temperature and one gene adaptation rate is higher than the other gene adaptation rate, one gene is inherited by a child individual. When one temperature of the pair of parent individuals is higher than the other temperature and one gene adaptation rate is lower than the other gene adaptation rate, the other gene is inherited by the offspring individual. In other cases, the probability that one of the genes will be inherited is determined by a function of the temperature difference and the gene adaptation rate. The exp curve in the graph of FIG. 6 indicates that the probability is obtained by a monotonically increasing function or a monotonically decreasing function. Even and if yield as a whole individuals even large genetic adaptation rate is low, if the yield is good as a whole individuals even low genetic adaptation rate is stochastically over to the child either gene To prevent falling into a local solution.
(多様化処理)
多様化処理手段26は、次世代の処理の前に、個体集団の一部を新たに生成した個体と入れ替えたり、一部に突然変異を生じさせたりする。この処理によって局所解への落ち込みを抑制することができる。多様化処理を行う個体の選択は、ランダムな方法によって行ってもよいし、ランダムな方法以外の方法で行ってもよい。例えば個体適応率が低い個体を優先的に選択して入れ替えるようにしてもよい。この実施例では、多様化処理は交叉処理の後に行われる。多様化処理の対象となる個体の割合は、特に限定されないが、例えば5〜40%程度である。この多様化処理を行うタイミングは特に限定されない。交叉処理の前や個体選択の前に行ってもよい。
(Diversification processing)
The diversification processing means 26 replaces a part of the individual population with a newly generated individual or causes a mutation in a part before the next generation process. By this processing, it is possible to suppress a drop in the local solution. The selection of individuals to be diversified may be performed by a random method or by a method other than the random method. For example, individuals with a low individual adaptation rate may be preferentially selected and replaced. In this embodiment, the diversification process is performed after the crossover process. The ratio of individuals to be diversified is not particularly limited, but is about 5 to 40%, for example. The timing for performing the diversification process is not particularly limited. It may be performed before crossover processing or before individual selection.
突然変異では、選択された個体中の選択された遺伝子を変異させる。遺伝子の選択は、ランダムな方法によって行ってもよいが、例えば遺伝子適応率が低い遺伝子を優先的に選択する等、完全にランダムな方法以外の方法で選択を行ってもよい。遺伝子を変異させる方法は特に限定されないが、一例では、(12)式の遺伝子Bおよび遺伝子Pの設定ルールに従って遺伝子を再設定することによって変異させることができる。変異遺伝子座数は、特に限定されないが、全体の座数の例えば3〜30%である。突然変異は、遺伝子Bと遺伝子Pの何れか一方のみ起こるようにしてもよく、両方に起こるようにしてもよい。遺伝子Bが突然変異した場合、変異後の内容に基づいて遺伝子Pを更新することが合理的であり好ましい。一方、遺伝子Pの場合は単独で変化させることが好ましい。 Mutation involves mutating selected genes in selected individuals. The gene may be selected by a random method, but may be selected by a method other than a completely random method, for example, a gene having a low gene adaptation rate is preferentially selected. The method for mutating the gene is not particularly limited, but in one example, the gene can be mutated by resetting the gene in accordance with the setting rules of the gene B and the gene P in the expression (12). The number of mutant loci is not particularly limited, but is 3 to 30% of the total number of loci, for example. Mutation may occur in only one of gene B and gene P, or in both. When gene B is mutated, it is reasonable and preferable to update gene P based on the content after the mutation. On the other hand, in the case of gene P, it is preferable to change it alone.
(繰り返し制御)
繰り返し制御手段27は、終了基準が満たされるまで上記の世代交代を繰り返すように制御する。終了基準は、特に限定されないが、例えば、(1)集団に属する個体のうち個体適応率が最大のものの個体適応率が目標値を超える、(2)集団の世代数が基準値を超える等が挙げられる。(2)のみを終了基準としてもよい。目標の個体適応率を超えた後に処理を続けるのは効率的でない場合がある。そこで、(1)と(2)の基準を併用して(1)又は(2)の条件が満たされたときに終了基準が満たされたと判断することが好ましい。
(Repeated control)
The repetition control unit 27 performs control so that the above generation change is repeated until the end criterion is satisfied. The termination criterion is not particularly limited. For example, (1) the individual adaptation rate with the highest individual adaptation rate among individuals belonging to the population exceeds the target value, (2) the number of generations of the population exceeds the reference value, and the like. Can be mentioned. Only (2) may be used as the end criterion. It may not be efficient to continue processing after the target individual adaptation rate is exceeded. Therefore, it is preferable to determine that the termination criterion is satisfied when the criteria (1) and (2) are satisfied by using the criteria (1) and (2) together.
終了後は、集団に属する個体のうち個体歩留が最大のものを取り出す。そして、染色体Bと染色体Pを用いて上述した製品割り付けルールに従って製品を材料に割り付け、その割り付け結果を出力させることができる。 After completion, an individual belonging to the group having the maximum individual yield is taken out. Then, using the chromosome B and the chromosome P, products can be assigned to materials according to the above-described product assignment rules, and the assignment result can be output.
(装置の概略動作)
図7と図8は上記の装置の動作フローチャートである。
上記の装置のコンピュータプログラムは、例えば、次のような手順で動作する。はじめに、ステップS11で、初期設定手段21が初期個体集団を生成する。即ち、所定の構造の染色体を持つ個体を、十分な数だけ生成する。それらの染色体構造データを含む個体データを記憶装置に記憶させる。製品割り付け手段22は、こうして得られた初期個体集団31から、個体データを一つずつ記憶装置から読み出して、全ての個体について、ステップS12からステップS20までの処理を実行する。
(Schematic operation of the device)
7 and 8 are operation flowcharts of the above-described apparatus.
The computer program of the above apparatus operates in the following procedure, for example. First, in step S11, the initial setting means 21 generates an initial individual population. That is, a sufficient number of individuals having a chromosome having a predetermined structure are generated. Individual data including the chromosome structure data is stored in a storage device. The product allocation means 22 reads individual data from the storage device one by one from the initial
まず、ステップS12で、対象となる個体データを選択する。ステップS13でGeneBとGenePを使用してソート処理をする。その後、ステップS14で、取り合わせ計算(「取り合わせ計算ルール」の項で説明)を実行する。ステップS15では、その個体データの個体歩留を計算する。さらに、ステップS16で使用される各材料の材料歩留を計算する。ステップS17では、ソートキーとなるGenePを(9)式を用いて計算し、書き替えをする。ステップS18では、GFR(遺伝子適応率)を計算する。さらにステップS19で個体適応率を計算する。 First, in step S12, target individual data is selected. In step S13, sort processing is performed using GeneB and GeneP. After that, in step S14, assortment calculation (described in the “Assortment calculation rule” section) is executed. In step S15, the individual yield of the individual data is calculated. Further, the material yield of each material used in step S16 is calculated. In step S17, GeneP as a sort key is calculated using equation (9) and rewritten. In step S18, GFR (gene adaptation rate) is calculated. In step S19, the individual adaptation rate is calculated.
ステップS20で全ての個体について計算が終了したかどうかという判断をする。この判断の結果がノーのときはステップS12の処理に戻る。イエスのときは処理を終了して図8の処理に進む。図8のフローチャートにおいて、ステップS31〜33は繰り返し制御手段27の処理である。ステップS34は個体選択手段24の処理である。ステップS35〜37は交叉制御手段25の処理である。ステップS38は多様化処理手段26の処理である。 In step S20, it is determined whether calculation has been completed for all individuals. If the result of this determination is no, the process returns to step S12. If yes, the process ends and the process proceeds to the process of FIG. In the flowchart of FIG. 8, steps S <b> 31 to 33 are processing of the repetition control unit 27. Step S34 is a process of the individual selection means 24. Steps S35 to 37 are processing of the crossover control means 25. Step S38 is processing of the diversification processing means 26.
ステップS31では、対象となる個体データの中から、個体歩留が最大値のものを読み出す。例えば、ステップS15で、個体歩留の計算と同時に、個体歩留の高いものを選別する処理をしておけばよい。ステップS32では、そのうちの最大歩留は目標値かどうかという判断をする。目標値であれば、処理を終了する。ステップS33では、最大世代数まで世代交代を実行したかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは処理を終了する。
In
ステップS32とステップS33の判断の結果がいずれもノーのときはステップS34以下の処理に移行する。即ち、次の世代交代を実行する。ステップS34では、上記のソートの結果を利用して、個体適応率の良い個体を例えば、全体の2分の1だけ選択する。これが親の個体集団37になる。ステップS35では、その個体集団の中から一対の親を選択する。そして、既に説明したようにして、ステップS36で交叉制御をする。ステップS37では、子の個体データが必要数生成されたかどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップS38の処理に移行し、ノーのときはステップS35の処理に戻る。ステップS38では、多様化処理をする。そして、再び、図7のステップS12以下の材料取り合わせ処理を繰り返す。
When both the determination results of step S32 and step S33 are no, the process proceeds to step S34 and subsequent steps. That is, the next generation change is executed. In
(BBPベンチマーク問題による評価)
材料取り合わせ計算は、様々な計算方法による計算結果を比較して、そのうちのもっとも良い割り付け結果を採用するとよい。材料と製品の組み合わせにより、それぞれ最適な計算方法が異なることが多いからである。従って、コンピュータによる演算処理時間が長いものは、作業効率を妨げる。そこで、次のようなベンチマークテストをして、本発明の装置の実用性の高さを実証する。
(Evaluation based on BBP benchmark problem)
In material assembling calculation, it is preferable to compare the calculation results obtained by various calculation methods and adopt the best allocation result. This is because the optimal calculation method often differs depending on the combination of materials and products. Accordingly, a long calculation processing time by the computer hinders work efficiency. Therefore, the following benchmark test is performed to demonstrate the high practicality of the apparatus of the present invention.
上記のTCOMモデルでは、材料の長さ種類m=1としてBPPベンチマーク問題によって:拡張エリート選択(Extended Elitism Method: EEM)GAモデル(Toyoda, et al., 2007)との比較や、TCOMモデルのRFF初期個体生成率αを1、0.5および0とした場合の比較を行った。使用したベンチマークデータはビン容量が100000に対してアイテムサイズは(20000,35000)の範囲で一様分布している。ビンには3から5つのアイテムが入るように設定されるVery Hard(最少解を得るのが非常に困難)とされる10例の問題である。これに、現在知られている最少使用ビン数が示されている。 In the above TCOM model, the material length type m = 1, depending on the BPP benchmark problem: comparison with the Extended Elitism Method (EEM) GA model (Toyoda, et al., 2007) and the RFF of the TCOM model Comparison was made when the initial individual production rate α was 1, 0.5, and 0. Benchmarks used was item size for the bins capacity 100000 are uniformly distributed in the range of (20000,35000). There are 10 problems that are considered very hard (very difficult to get the minimum solution) with 3 to 5 items in the bin. This shows the minimum number of bins currently known.
その結果、EEMに対する優位性を確認すると同時に、RFFによる初期個体生成の比率による違いは次のような結果となった。初期個体比率α=0.5とした場合は10問中8問でビンの最少解が得られ、α=0では収束速度は遅いものの得られた解はα=0.5の場合と同等であった。しかし、α=1として全ての初期個体をRFFとRFFDで生成した場合は、10問のうち最少解を得たのは5問のみであり、TCOMは初期個体の構成によって局所解に陥る危険があることを確認した。 As a result, the superiority over EEM was confirmed, and the difference according to the ratio of initial individual generation by RFF was as follows. When the initial individual ratio α = 0.5, the minimum bin solution is obtained by 8 out of 10 questions. When α = 0, although the convergence speed is slow, the obtained solution is the same as when α = 0.5. there were. However, the case of generating all the initial individual in RFF and RFFD as alpha = 1, was obtained with minimal solution of 10 questions are only 5 questions, TCOM danger of falling into a local solution depending on the configuration of the initial individual body Confirmed that there is.
そこで、本発明による、交叉に確率的要素を取り入れた新しいTCOMモデルを、同じベンチマーク問題に適用し、その効果を確認することにする。上記の前モデルで多様性維持のために行った突然変異における新規個体投入を、本発明では敢えて多様性より計算時間短縮を優先して行わないことにする。その他の条件は前モデルと同様に、個体数は100、最大世代数は1000世代とし、各種パラメータは(18)式として、10回の試行で最も良い結果を採用する。ベンチマーク問題は、前回と同じVery Hardとされる10例の問題を使い、実行環境も表3のとおり前回と同じである。
実行結果を表4に示した。NewTCOMが今回の改善後の新モデルである。"All RFF"はα=100%、"50%RFF"はα=50%、"All RN"はα=0%ですべてを乱数によって生成したことを示している。"Hits"は10の問題のうち最適値が得られた問題の数であり、"Av.Rel."は各問題の相対偏差平均、"Max.Rel."は最大相対偏差、"Av.Abs."は絶対偏差平均、"Max.Abs."は最大絶対偏差である。なお相対偏差は、100×(実行値−最少解)/最少解で、絶対偏差は(実行値−最少解)で計算される。"Av.Time"は平均計算時間で単位は秒である。表4からわかるように、今回の改善後のモデルでは、α=100%の場合でも8問が最少解となり、また平均計算時間も優秀な初期個体の効果により最も早い3秒台となった。 The execution results are shown in Table 4. NewTCOM is the new model after this improvement. “All RFF” indicates that α = 100%, “50% RFF” indicates α = 50%, and “All RN” indicates that α = 0% and all are generated by random numbers. "Hits" is the number of the problems with the optimum value out of 10 problems, "Av.Rel." Is the relative deviation average of each problem, "Max.Rel." Is the maximum relative deviation, and "Av.Abs" "" Is the absolute deviation average, and "Max.Abs." Is the maximum absolute deviation. The relative deviation is calculated as 100 × (running value−minimum solution) / minimum solution, and the absolute deviation is calculated as (running value−minimum solution). "Av.Time" is the average calculation time and the unit is second. As can be seen from Table 4, in this improved model, even when α = 100%, 8 questions were the minimum solution, and the average calculation time was the earliest 3 seconds due to the excellent initial individual effect.
(住宅プレカット材料データによる評価)
前回のモデルに適用したものと同じ住宅プレカットデータで、改善モデルを評価する。住宅プレカットCSPとは、いくつかの種類の長さを持つ木材母材から、住宅建築で要求される長さの部材(製品)を切り出す問題である。ここでは標準的な2つの一戸建て住宅の横架材に適用した(表6)。これらの横架材は、断面形状(Shape)や樹種(Spec.)、等級(Grade)など同じ母材から切り出すことができる16および18のロットにグループに分かれ、それぞれのロット毎に切り出す製品数(Num.)や使用する母材群(Kinds of Material)も異なる。なお邸全体の歩留は、ロット毎に断面形状が異なるため体積による材積歩留で比較する。
パラメータは前回と同じように(18)式でλ=0.2とし、個体数は100とする。最大世代数は前回の報告で実用を考えた場合の設定ルールである(19)式で設定する。また、試行回数も前回と同じ10回である。その結果を邸1については表5に、邸2については表6に示す。
Evaluate the improvement model with the same residential pre-cut data as applied to the previous model. The residential pre-cut CSP is a problem of cutting a member (product) having a length required for residential construction from a wood base material having several types of lengths. Here, it was applied to the horizontal members of two standard detached houses ( Table 6 ). These horizontal members are divided into 16 and 18 lots that can be cut from the same base material such as cross-sectional shape (Shape), tree species (Spec.), Grade (Grade), etc., and the number of products cut out for each lot (Num.) And the base material group (Kinds of Material) used are also different. In addition, since the cross-sectional shape differs for every lot, the yield of the whole house is compared by the volume yield by volume.
As in the previous case, the parameters are set to λ = 0.2 in equation (18) and the number of individuals is 100. The maximum number of generations is set by equation (19), which is a setting rule when considering practical use in the previous report. Also, the number of trials is the same as the previous 10 times. The results are shown in Table 5 for
表5および表6で、"Num. of Prd."および"Num. of Mtr."はそれぞれ各ロットの製品数と材長種の数である。"Max. Gen."は(19)式のルールに基づく最大世代数である。新旧のTCOM欄の"Yield Rate"は10回の試行で得た最大歩留、"Num."は10回の試行のうち最大歩留を得た回数、"Time"は計算時間を秒で表した。ここで、旧TCOMのデータは前回報告のものである。なおTimeは、前回は有効数字1桁であったため若干小さ目に出ており、実質的には今回と前回は変わらない。以上の結果、プレカットデータによる評価では、前回のモデルとほぼ同等の結果となった。これは、いずれの邸も歩留はほぼ最適値と想定され、また製品数が最大でも40以下であり、歩留と時間のいずれも顕著な差がでなかったと推定できる。 In Tables 5 and 6, “Num. Of Prd.” And “Num. Of Mtr.” Are the number of products and the length type of each lot, respectively. “Max. Gen.” is the maximum number of generations based on the rule of equation (19). "Yield Rate" in the old and new TCOM column is the maximum yield obtained in 10 trials, "Num." Is the number of times the maximum yield was obtained in 10 trials, and "Time" is the calculation time in seconds. did. Here, the data of the old TCOM is from the previous report. Note that Time is slightly smaller because it was a single significant digit last time, and this time and the previous time are virtually the same. As a result of the above, in the evaluation with precut data, the result was almost the same as the previous model. This is because it is assumed that the yield is almost the optimum value in any residence, and the maximum number of products is 40 or less, and it can be estimated that there is no significant difference in yield and time.
(まとめ)
複数材長を扱う一次元のMultiple Stock Length CSPを対象に、前回報告したTCOMを使ったGAモデルについて、TCOMによる交叉では引き継ぐ遺伝子を確定的に決定するため、局所解に陥る危険があることを指摘した。そしてこの打開策として、親個体の(1−歩留)を「温度」とみなして、遺伝子交換の決定過程に焼きなまし法の考え方を取り入れることで、確率の要素を取り入れる新しいTCOMを提案した。これを前回と同じBPPベンチマークデータとプレカットデータに適用し、新旧のTCOMを比較評価した。その結果、ベンチマークデータではRFFによる初期個体性成立を100%にしたとき、旧モデルでは10問中5問の最少解であったのに対し、新TCOMでは8問の最少解をより短時間に得ることができた。また、プレカットデータに対しては同等の性能であることを確認した。
(Summary)
For the one-dimensional Multiple Stock Length CSP that handles multiple material lengths, the previously reported GA model using TCOM has a risk of falling into a local solution because the gene to be inherited is definitely determined by TCOM crossover. It pointed out. As a breakthrough, we proposed a new TCOM that incorporates the element of probability by considering the parent individual's (1-yield) as “temperature” and incorporating the concept of annealing in the gene exchange decision process. We applied this to the same BPP benchmark data and pre-cut data as before, and compared the old and new TCOM. As a result, in the benchmark data, when the initial individuality formation by RFF was 100%, the old model had a minimum of 5 questions out of 10, while the new TCOM had a minimum of 8 questions in a shorter time. I was able to get it. In addition, it was confirmed that the performance was equivalent to the precut data.
10 製品割り付け装置
11 プリンタ
20 演算処理装置
21 初期設定手段
22 製品割り付け手段
23 適応率計算手段
24 個体選択手段
25 交叉制御手段
26 多様化処理手段
27 繰り返し制御手段
30 記憶装置
31 初期個体集団
32 材料データ
33 製品データ
34 取り合わせ計算ルール
35 世代交代上限値
36 歩留目標値
37 親の個体集団
38 子の個体集団
39 最良割り付け
40 最良個体歩留
DESCRIPTION OF
Claims (8)
各製品を割り付ける母体の種類を指定する遺伝子Bとその母体に製品を割り付ける順序を指定する遺伝子Pとを前記全ての製品について表示する構造の染色体を、一個体毎に持たせて、該当する構造の染色体データを持つ個体データを所定数集合させた初期個体集団を生成して記憶装置に記憶させる初期設定手段と、
前記記憶装置に記憶された各個体データの前記染色体データを読み出して、所定の取り合わせ計算ルールに従って、前記個体データ毎に、前記遺伝子Pで指定された母体に前記遺伝子Bで指定された割り付け順で前記全ての製品を割り付ける、割り付け処理を実行する製品割り付け手段と、
前記個体データ毎の使用された母体全体の割り付け歩留を個体歩留とし、母体毎の割り付け歩留を材料歩留とし、前記個体歩留が1に近づくにつれて値が高くなりその上昇度が大きくなる関数から導かれたデータを個体適応率データとし、前記材料歩留が高い材料に割り付けられている製品に対応する遺伝子ほど高くなる関数から導かれたデータを遺伝子適応率データとし、前記割り付け処理の結果を取得して、前記個体データ毎に、割り付け結果データと、前記個体適応率データと、前記遺伝子適応率データとを取得して、前記記憶装置に記憶させる適応率計算手段と、
前記記憶装置に記憶された前記各個体データの個体適応率データを比較して、個体適応率の高い複数の個体を選択して新たな個体集団を前記記憶装置に記憶させる個体選択手段と、
前記新たな個体集団に含まれたいずれかの個体データを一対読み出して、当該一対の染色体データに含まれる同一の製品の遺伝子を比較し、いずれか一方の遺伝子を該当する製品の遺伝子として子に引き継ぐという処理を全ての製品について実行して、子の個体データを生成する処理を、所定数の個体が生成されるまで繰り返す交叉制御手段と、
前記所定数の子の個体データに対して、任意の方法で生成した新たな個体データを追加して、新たな親となる個体集団を生成して記憶装置に記憶させる多様化処理手段と、
前記交叉制御手段による世代交代処理回数が予め設定した上限値に達するまで、あるいは、前記製品割り付け手段による各個体データの割り付け処理の結果が予め設定した目標値に達するまで、前記製品割り付け手段による割り付け処理と、前記適応率計算手段による前記割り付け結果データと前記個体適応率データと前記遺伝子適応率データの取得処理と、前記個体選択手段による新たな個体集団の選択処理と、前記交叉制御手段による子の個体データ生成処理と、前記多様化処理手段による新たな個体集団の生成処理とを繰り返し実行するように制御する繰り返し制御手段とを備え、
前記交叉制御手段は、前記一対の親の、同一の製品の遺伝子適応率を比較して、遺伝子適応率の高いほうの遺伝子を子の当該製品の遺伝子とすることを基本ルールとする一方、一対の親の個体歩留を比較して、個体歩留が高い方の親の遺伝子については、前記基本ルールに従わずに、子の遺伝子として引き継がれる確率を高める基準を設けたことを特徴とする製品割り付け装置。 Take an arbitrary number of matrixes from multiple types of matrixes of different lengths or volumes, assign multiple types of all the products of a predetermined number to these matrices, and calculate the allocation yield A product allocation device,
Each individual has a chromosome having a structure for displaying the gene B for designating the type of mother body to which each product is assigned and the gene P for designating the order in which products are assigned to the mother for each product. Initial setting means for generating an initial individual group in which a predetermined number of pieces of individual data having chromosome data are collected and stored in a storage device;
The chromosome data of each individual data stored in the storage device is read out, and in accordance with a predetermined assortment calculation rule, for each individual data, the matrix specified by the gene P is assigned in the order specified by the gene B. Product allocating means for allocating all the products and executing an allocation process;
The allocation yield of the whole mother used for each individual data is the individual yield, the allocation yield for each mother is the material yield, and the value increases as the individual yield approaches 1, and the degree of increase is large. The data derived from the function is used as the individual adaptation rate data, the data derived from the function that is higher for the gene corresponding to the product assigned to the material having a higher material yield as the gene adaptation rate data, and the allocation process An adaptation rate calculation means for acquiring allocation result data, the individual adaptation rate data, and the gene adaptation rate data for each individual data to be stored in the storage device;
Individual selection means for comparing individual adaptation rate data of each individual data stored in the storage device, selecting a plurality of individuals having a high individual adaptation rate, and storing a new individual population in the storage device;
A pair of individual data included in the new individual population is read out, the genes of the same product included in the pair of chromosome data are compared, and either gene is used as a gene of the corresponding product as a child. A crossover control means for executing the process of taking over for all products and generating the child individual data until a predetermined number of individuals are generated;
Diversification processing means for adding new individual data generated by an arbitrary method to the predetermined number of child individual data, and generating a new parent individual group and storing it in a storage device;
Allocation by the product allocation means until the number of generation change processes by the crossover control means reaches a preset upper limit value or until the result of the allocation process of each individual data by the product allocation means reaches a preset target value Processing, acquisition processing of the allocation result data, the individual adaptation rate data, and the gene adaptation rate data by the adaptation rate calculation means, selection processing of a new individual population by the individual selection means, and a child by the crossover control means Repetitive control means for performing control so as to repeatedly execute the individual data generation process and the new individual population generation process by the diversification processing means,
The crossover control means compares the gene adaptation rate of the same product of the pair of parents with the basic rule that the gene with the higher gene adaptation rate is the gene of the child product. Compared with the individual yield of the parent of the parent, for the gene of the parent with the higher individual yield, there is provided a standard for increasing the probability of being inherited as a child gene without following the basic rule. Product allocation device.
前記取り合わせ計算ルールは、製品と遺伝子Bと遺伝子Pとを一組のデータとし、遺伝子Bを第1キーとし遺伝子Pを第2キーとして、製品を昇順にソートし、ソートした順に前記製品を取り出して、取り出した製品を遺伝子Bで表示された母体に割り付け、次に取り出した製品の遺伝子Bが別の母体を表示しているときは、その別の母体に当該製品を割り付け、次に取り出した製品の遺伝子Bが同じ母体を表示しているときは、現在割り付け中の母体に当該製品の割り付けが可能かどうかを判断し、割り付け可能であれば現在割り付け中の母体に当該製品を割り付け、割り付け不可能であれば、新たな同じ母体に当該製品を割り付けるというものであることを特徴とする製品割り付け装置。 In the product allocation device according to claim 1,
The assortment calculation rule is that the product, gene B, and gene P are a set of data, the gene B is the first key, the gene P is the second key, the products are sorted in ascending order, and the products are taken out in the sorted order. The assigned product is assigned to the mother body indicated by gene B. When gene B of the next removed product indicates another mother body, the product is assigned to the other mother body and then taken out. When the gene B of the product displays the same matrix, it is determined whether the product can be allocated to the currently allocated matrix, and if it can be allocated, the product is allocated to the currently allocated matrix and allocated. If it is impossible, the product allocating apparatus is characterized in that the product is allocated to a new same base material.
前記母体に製品を割り付ける順序を指定する遺伝子Pは前記材料歩留の関数であって、同じ母体に割り付けられた製品の遺伝子Pはいずれも同じ値になるように設定されることを特徴とする製品割り付け装置。 In the product allocation device according to claim 2,
Gene P to specify the order of allocating the product to the matrix is a function of the material yield, gene P of products allocated to the same matrix is characterized in that it is set to be the same value both Product allocation device.
前記個体適応率データを、前記個体歩留が、前記個体集団に含まれた個体の個体歩留の平均値より低い範囲で小さく、かつ、当該平均値から最大値の範囲で大きく変化する関数を演算して導かれたものにすることを特徴とする製品割り付け装置。 In the product allocating device according to any one of claims 1 to 3,
The individual adaptation rate data, said individual yield is smaller at a lower range than the average value of the individual yield of individuals included in the population of individuals, and a function that varies greatly in the range of the maximum value from the average value Product allocating device characterized by being derived by calculation.
親個体の温度を、個体歩留が高いほど低い値を示す関数で表し、各個体の各製品の遺伝子が子個体に引き継がれる確率を、一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも低くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも高いときは、一方の遺伝子が子の個体に引き継がれ、一対の親個体のうちの一方の温度が他方の温度よりも高くて、一方の遺伝子適応率が他方の遺伝子適応率よりも低いときは、他方の遺伝子が子の個体に引き継がれ、それ以外の場合には、温度差と遺伝子適応率の関数であって、単調増加あるいは単調減少関数で求められるものによりいずれかの遺伝子が引き継がれる確率が決められることを特徴とする製品割り付け装置。 The product allocation device according to any one of claims 1 to 4,
The temperature of the parent individual is expressed as a function that shows a lower value as the individual yield is higher , and the probability that the gene of each product of each individual is inherited by the child individual is determined. If one gene adaptation rate is higher than the other gene adaptation rate, one gene is inherited by the offspring individual, and the temperature of one of the pair of parent individuals is higher than the other temperature. When one gene adaptation rate is lower than the other gene adaptation rate, the other gene is inherited by the offspring individual, otherwise it is a function of temperature difference and gene adaptation rate , A product allocating apparatus characterized in that a probability that any gene is inherited is determined by an increase or monotonic decrease function .
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