2015 Fiscal Year Research-status Report
勤務スケジューリング支援環境の構築：最適化モデルの自動修正
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26350435
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| Research Institution | Seikei University |
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Principal Investigator |
池上 敦子 成蹊大学, 理工学部, 教授 (90146936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野々部 宏司 法政大学, デザイン工学部, 教授 (40324678)
梅谷 俊治 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (80367820)
田中 勇真 成蹊大学, 理工学部, 助教 (90633933)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 勤務表作成 / スタッフスケジューリング / ナーススケジューリング / 時間割作成 / モデル構築 / 列挙 / 解空間 / 支援システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，勤務スケジューリングを対象に， (課題1) 勤務表における効率良い修正作業を支援するシステムの構築と，(課題2) 潜在的な制約条件や評価尺度を抽出して最適化モデルを自動修正するシステムを構築し，「納得感」を得る勤務表を短時間で作成できる環境実現を目指している．平成27年度は，これまでのナースケジューリングやスタッフスケジューリングに加え，学校教員のスケジューリングにあたる学校時間割作成と試験監督割当に重きをおいて研究を進めた．
ナーススケジューリングについては，定式化の違いによる求解速度や振る舞いの違いを観察した．そして，平成26年度に構築した「各ナースの全スケジュール候補を含むネットワーク」や「与えた目的関数に対する最適解を列挙する仕組み」を基に，数1000万の最適解列挙を行った．列挙された最適解の共通点などを分析し，課題における生かし方を検討している．
スタッフスケジューリングについては，訪問介護スタッフスケジューリングのような「移動を伴うスケジューリング」において，移動に関わる制約の冗長さを省くことによって求解効率が上がることを確かめた．
時間割作成においては，大学の全学部を含む英語教員割当，高校の試験監督割当，試験答案返却時間割，小学校の通常時間割，それぞれを対象に最適化モデルの構築や求解に取り組んだ．新しいモデルを構築する際に挙げられる制約条件と，解を得てから（解を見ることによって気づいて）挙げられる制約条件があることを確認し，それらを整理ながら，求解と解の評価のための計算実験を行った．大学英語教員割当，高校試験監督割当については，簡易的な割当支援システムを構築した．高校試験監督割当支援システムについては，現場で複数回利用による評価が始まっている．これらのモデルを基に，中学校の試験答案返却時間割作成，高校の通常時間割作成の条件を整理しているところである．
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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
平成26年度の研究課題だった「ナーススケジューリングにおける，(課題1-1)各ナースの全スケジュール候補を表現するネットワークと，(課題1-2)ナース間の競合関係を表現する手法を開発し，ナース制約とシフト制約を同時に確認しながら勤務表を修正できる環境の実現」については，昨年報告した通り順調に進めることができた．
平成27年度以降の課題は，「(課題2-1)優先度が低い制約条件と，(課題2-2)望ましい勤務パターンを抽出する手法を開発し，潜在的な制約条件や評価尺度を把握することで，(課題2-3)これらの情報を統合して最適化モデルの評価関数を修正する」ことであった．(課題2-1)(課題2-2)においては，新しい最適化モデルを構築する際に多くの情報を取得できると考え，27年度は，時間割作成の最適化モデル構築を通じて研究を進めた．
(課題2-1) 時間割作成者が時間割を作成する過程で加えた修正や過去の時間割を観察すると，最適化モデルの制約条件を違反する部分が発生する．制約条件を違反する部分を「優先度が低い」と捉え，モデルにおいては各制約を満たさなかった度合いをそれぞれ変数で表した，そして，それらに重みをつけて足し合わせたもの最小化するような目的関数設定し，モデルが与える解を評価した．また，時間割作成者が作成や修正において設定する「制約に対する重み」を観察した．
(課題2-2) 「望ましい勤務パターン」だけでなく「サービスを受ける側（児童・生徒・学生）にとっての望ましい授業パターン」も対象に考えた．過去の時間割が勤務パターンで構成されていると仮定し，その傾向を整理した．
(課題2-1)と(課題2-2)の自動抽出に関しては最終年に具体的方法の検討を残すが，28年度の研究における(課題2-3)の評価関数修正を検討できる支援システムも構築できたので，概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，本研究において残された課題に取り組む．
具体的には，27年度までに明らかになった「潜在的な制約条件や評価尺度」に対し，これを自動抽出する方法を開発し，研究計画における平成28年度課題(課題2-3)である「潜在的な制約条件や評価尺度を最適化モデルの評価関数に反映するような修正方法」の提案を目指す．これらの課題については，時間割作成の最適化モデル構築を基に進めていく．
具体的には，研究代表者と分担者が行ってきた研究を統合できるよう，出来る限り多くの情報交換（研究打合せ）の機会を持ち，具体的な方法の実装や実験を重ねる．(課題2-3)については，目的関数の修正だけではなく，制約条件の修正をも含んだ最適化モデル修正についても検討する予定である．
また，時間割作成は，学校ごとに異なる制約が存在し，個々に異なるモデルが必要と考えられてきたが，それらの制約を吸収できる汎用的なモデルを考えることにより，潜在的な詳細制約や評価尺度を意識しやすくなるとともに，解修正の自由度が高まることを示していきたい．
ナーススケジューリングにおいては，研究を通じて情報提供して下さってきたナースの引退等，現場における評価が難しくなった．したがって，最適化モデルが与えた解を修正する際の「潜在的な制約条件や評価尺度」の反映を支援できるような「良解空間の提示」に絞って研究を進めることにし，引き続き，本研究で構築したネットワークを利用する．これに関わる成果の1つとして，最適化モデルが与える最適解の列挙があるが，この内容については，7月にポーランドで開催される EURO2016（28th European Conference on Operational Research）で発表し，海外の研究者との議論を試みる．
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| Causes of Carryover |
野々部：旅費が計画したときより安くなったため
田中：ノートパソコンが計画したときより安くなったため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
それぞれ，2016年度の旅費にあてる
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Research Products
(10 results)
