2018 Fiscal Year Research-status Report
異環境適応型アプローチによる設計と計画の多目的最適化
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17K06077
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
阪口 龍彦 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00403303)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ネスティング / スケジューリング / 多目的最適化 / 進化型手法 / 精密板金加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
素材加工型産業の一つである精密板金加工の生産システムにおいては，原材料の無駄の削減を実現するための加工レイアウトの最適化，納期遵守の高効率生産を行うための生産スケジュールの最適化という，2つの最適化を同時に実現する必要がある．本研究は，この問題に対し，異環境適応型進化手法による解決を試みる．
研究の初年度には，精密板金加工のネスティング問題およびスケジューリング問題を異なる環境とみなし，加工する部品名の配列で構成される遺伝子構造を持つ個体が環境を移住しながら進化する異環境適応型遺伝的アルゴリズム(異環境適応型GA)を提案した．
ネスティング問題とスケジューリング問題は，問題設定によりトレードオフ関係である場合と，両者とも最小化可能な場合とがある．この関係性は事前に知ることは難しく，求解過程で判明するのが一般的である．そこで研究2年目にあたる本年度は，異環境適応型GAを拡張し，スケジューリングおよびネスティング問題に対して別々の遺伝子構造を持つ個体が共存し，共進化する共進化遺伝的アルゴリズムを提案した．スケジューリングおよびネスティングの個体の組合せが一つのネスティング・スケジューリング解を表し，その組合せの選び方により探索可能な解空間が変化する．そこで，トレードオフ解析に有効な組合せ，あるいは同時最小化に有効な組合せ，両者の中間など，多種多様な解を探索するために，様々な個体の組合せ法を構築した．
提案手法の有効性を検証するために，ネスティング・スケジューリングシステムのプロトタイプを開発し，計算機実験を行った．
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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
精密板金加工におけるネスティングおよびスケジューリングの各目的関数は，トレードオフ関係になる場合もあれば，両者を同時に最小化できる場合もあり，その関係性は問題設定に依存する．両者を同時に最適化するためには，求解過程において問題の性質，すなわち両者の関係性を分析し，その性質に応じてアルゴリズムやパラメータを動的に変更することが有効である．そこで，ネスティングの解を表す遺伝子およびスケジューリングの解を表す遺伝子を別々に用意し，それらを組み合わせることで一組のネスティング・スケジューリング解を導出する共進化型進化手法を提案した．提案手法において，ネスティングおよびスケジューリングの遺伝子の組合せを変化させることによって，様々な解空間を探索することができるようになり，意思決定者の嗜好に応じた解の組合せを優先的に探索できる可能性が，数値実験により示唆された．以上より，当初計画である解集合の特性分析が実現できたことから，計画はおおむね順調に進展したと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の研究により，ネスティングおよびスケジューリングの目的関数の関係性を分析する手法を確立した．意思決定者は，自身の設計意図に適した解を迅速に得たい．そのためには，自身の設計意図に近い領域を中心に解を探索することで，効率的に解の探索が行える．すなわち，あらかじめ意思決定者の意図に適した解をエリート解として挿入しておくことで，他の解がそれにけん引され効率的な探索が行える．そこで，エリート解の生成法およびエリート解周辺での解探索法を検討する．
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| Causes of Carryover |
提案手法の比較手法の検討および構築が十分に行えず，比較実験用に購入予定であった最適化ソルバと計算機が未購入のため差額が生じた．
今後，数値実験用計算機資源および周辺機器を拡充する．
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