School Meal Menu Planning and Cooking Scheduling Based on Mathematical Optimization Under Uncertainty
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21K04538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25010:Social systems engineering-related
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
片桐 英樹 神奈川大学, 工学部, 教授 (40325147)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 数理最適化 / 給食献立作成 / 調理スケジューリング / 不確実性 / 献立作成 / 学校給食 / スケジューリング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，給食献立作成業務における栄養士の負荷軽減を目的として，「不確実性」と「曖昧性」を考慮した最適な給食献立作成手法および調理作業スケジューリングを数理最適化に基づいて提案する．栄養価のバランスやアレルゲン食材の使用制限などの「料理」に関わる制約に加えて，調理員（ヒト），大型厨房機器（モノ），食材（材料），予算（カネ）など「資源」に関わる制約，さらに調理現場の作業時間の「不確実性」や文部科学省が定める栄養摂取基準の「曖昧性」などを考慮し，多期間献立を高速に導出する対話型アルゴリズムを構築する．実際の献立データを用いたシミュレーション実験を行い，提案手法の有用性を検証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
数理最適化を用いて，給食の調理スケジュールにおける作業工程を最適化する数理モデルの構築を行った．フレキシブルジョブショップスケジューリングの考え方を応用し，各ジョブの工程を処理可能な人員に必要人数分だけ割り当てるモデルを考えた．また，全ての調理人は同時刻において1つの工程のみ作業できる制約条件を追加した．さらに，調理人の雇用形態の違いについても考慮した．具体的には，パート社員は正社員の一定時刻後に出勤する制約条件を導入した．一般に，先進国では大量調理に対してはHACCPに基づいた衛生管理が義務付けられている．そこで，提案する数理モデルにおいては，汚染作業区域と非汚染作業区域に分け，汚染作業区域から非汚染作業区域へは一方通行とする制約条件を導入した．定式化したモデルに対して，給食委託会社から提供された実データを用いた数値実験を行った．具体的には，6000食分の料理を作る献立の中で，炊飯班の最適な作業工程表を作成した．実験においては数理最適化ソルバーを使用し，最適な作業工程表を数秒で作成することに成功した．自動で作成した作業工程表に対して，給食委託会社において実際の作業工程作成に携わっている現場の担当者からは実用面で優れていると高い評価を受けた．
自動献立作成モデルについては，過去の献立履歴から料理・食材の提供頻度に関する制約条件を自動生成するアルゴリズムを提案した．この成果により，栄養士にヒアリングを行うことなく料理・食材の提供頻度に関する制約条件を自動で生成することができる．ある自治体の給食献立データを用いた数値実験により，現場の献立作成者にとって違和感のない献立を提案モデルが作成できることを確かめた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ほぼ研究実施計画どおりに進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実施計画に従い，来年度は数理モデルの改善と現場の実データを用いた数値実験および提案モデルの有用性の検証を行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
