東京工業大学大学院総合理工研究科知能システム科学専攻廣田研究室Ｄ１　渡邊　真

平成１４年度銅賞受賞修士論文 ファジィとGAによるレストランワークスケジュールの準最適化に関する研究東京工業大学大学院総合理工研究科知能システム科学専攻廣田研究室Ｄ１　渡邊　真

現場からの強い要望 自動化背景ＮＳＰ[太田 1992] ファミリーレストランのワークスケジュール現在手作業約半日の労働時間

背景ワークスケジュールとは？ファミリーレストラン

背景

レストランワークスケジューリング問題

エキスパートによる定式化 各作業員に関する制約条件 • 実総労働時間　　希望総労働時間（年、月、週） • 出勤日数希望　出勤日数（年、月、週） • 労働時間帯　　希望時間帯 • 出勤曜日　　希望曜日 • 出勤日　　休み申請日 • １日の総労働時間８時間（超勤を除く） • １日の総労働時間＞5時間の場合　労働時間の間に45分以上の休憩 • １日の総労働時間＞8時間の場合（超勤時） 60分以上の休憩 • 18歳未満者の時間外，深夜，規定休日労働の禁止勤務日の前後関係に関する制約 • 連日勤務は最長11日(従業員に承諾の上) • 11日勤務後は2日の規定休日 • ４週間につき，４日以上の休憩 • 前日の労働終了から１２時間以内の勤務を回避１日の総労働時間＞5時間の場合　労働時間の間に45分以上の休憩連日勤務は最長11日 (従業員に承諾の上) 組み合わせに関する制約条件 • ポジションを埋める事のできる組み合わせ • １人営業は一定技能レベル以上 • 従業員の技能レベルの組み合わせについての制限評価項目 • 各従業員に対する労働時間帯の連続性 • 従業員の満足度 • 従業員の賃金時間帯の制約条件 • 固定時間＋変動時間＜時間帯別従業員数 • 時間帯固定労働時間＜固定労働遂行能力保有従業員数

問題点Ⅰ １週間分の探索空間膨大な計算量

１日分準最適解例 問題点Ⅱ

１日分準最適解例 問題点Ⅱ × 現場での適用可能？

問題点Ⅱ 評価項目 • 各従業員に対する労働時間帯の連続性 • 従業員の満足度 • 従業員の賃金定量的評価が困難

提案手法 問題点Ⅰ １間分の探索空間膨大な計算量１日分の探索空間

準最適解の探索 問題点Ⅰ 提案手法日毎の準最適解週毎ワークスケジューリング問題週毎の探索空間日毎の探索空間探索空間全体 MON FRI SUN WED SAT TUE THU 日毎ワークスケジューリング問題

提案手法 日毎ワークスケジューリング問題週毎ワークスケジューリング問題各作業員に関する制約条件 • 実総労働時間　　希望総労働時間（年、月、週） • 出勤日数希望　出勤日数（年、月、週） • 労働時間帯　　希望時間帯 • 出勤曜日　　希望曜日 • 出勤日　　休み申請日 • １日の総労働時間８時間（超勤を除く） • １日の総労働時間＞5時間の場合　労働時間の間に45分以上の休憩 • １日の総労働時間＞8時間の場合（超勤時） 60分以上の休憩 • 18歳未満者の時間外，深夜，規定休日労働の禁止各作業員に関する制約条件 • 実総労働時間　　希望総労働時間（年、月、週） • 出勤日数希望　出勤日数（年、月、週） • 労働時間帯　　希望時間帯 • 出勤曜日　　希望曜日 • 出勤日　　休み申請日 • １日の総労働時間８時間（超勤を除く） • １日の総労働時間＞5時間の場合　労働時間の間に45分以上の休憩 • １日の総労働時間＞8時間の場合（超勤時） 60分以上の休憩 • 18歳未満者の時間外，深夜，規定休日労働の禁止各作業員に関する制約条件 • 実総労働時間　　希望総労働時間（年、月、週） • 出勤日数希望　出勤日数（年、月、週） • 労働時間帯　　希望時間帯 • 出勤曜日　　希望曜日 • 出勤日　　休み申請日 • １日の総労働時間８時間（超勤を除く） • １日の総労働時間＞5時間の場合　労働時間の間に45分以上の休憩 • １日の総労働時間＞8時間の場合（超勤時） 60分以上の休憩 • 18歳未満者の時間外，深夜，規定休日労働の禁止勤務日の前後関係に関する制約 • 連日勤務は最長11日(従業員に承諾の上) • 11日勤務後は2日の規定休日 • ４週間につき，４日以上の休憩 • 前日の労働終了から１２時間以内の勤務を回避勤務日の前後関係に関する制約 • 連日勤務は最長11日(従業員に承諾の上) • 11日勤務後は2日の規定休日 • ４週間につき，４日以上の休憩 • 前日の労働終了から１２時間以内の勤務を回避勤務日の前後関係に関する制約 • 連日勤務は最長11日(従業員に承諾の上) • 11日勤務後は2日の規定休日 • ４週間につき，４日以上の休憩 • 前日の労働終了から１２時間以内の勤務を回避組み合わせに関する制約条件 • ポジションを埋める事のできる組み合わせ • １人営業は一定技能レベル以上 • 従業員の技能レベルの組み合わせについての制限組み合わせに関する制約条件 • ポジションを埋める事のできる組み合わせ • １人営業は一定技能レベル以上 • 従業員の技能レベルの組み合わせについての制限組み合わせに関する制約条件 • ポジションを埋める事のできる組み合わせ • １人営業は一定技能レベル以上 • 従業員の技能レベルの組み合わせについての制限評価項目 • 各従業員に対する労働時間帯の連続性 • 従業員の満足度 • 従業員の賃金評価項目 • 各従業員に対する労働時間帯の連続性 • 従業員の満足度 • 従業員の賃金評価項目 • 各従業員に対する労働時間帯の連続性 • 従業員の満足度 • 従業員の賃金時間帯の制約条件 • 固定時間＋変動時間＜時間帯別従業員数 • 時間帯固定労働時間＜固定労働遂行能力保有従業員数時間帯の制約条件 • 固定時間＋変動時間＜時間帯別従業員数 • 時間帯固定労働時間＜固定労働遂行能力保有従業員数時間帯の制約条件 • 固定時間＋変動時間＜時間帯別従業員数 • 時間帯固定労働時間＜固定労働遂行能力保有従業員数問題点Ⅰ

問題点Ⅱ 提案手法 × 制約条件を満たした解現場での適用可能？あいまいさ情報の取り込み評価項目に従業員の満足度

提案手法 準最適化手法 • 日毎の準最適化 • 遺伝的アルゴリズム（GA） • ファジィ • 評価スケジュール生成 • 週毎の準最適化 • 遺伝的アルゴリズム（GA）

提案手法 ファジィ遺伝的アルゴリズム日毎準最適化手順初期設定交叉突然変異評価スケジュール生成部評価関数世代交代 No 終了条件 Yes END

提案手法 ＧＡ部 No yes No yes 評価関数部評価スケジュール生成部

日毎ワークスケジュール問題 ・・・・・・評価対象アルゴリズムファジィ GAにおける染色体評価スケジュール生成部生成評価スケジュール評価関数世代交代評価値

週毎ワークスケジュール問題 アルゴリズム GAにおける染色体・・・月曜の準最適解火曜の準最適解日曜の準最適解週毎の制約条件全体の準最適解

遺伝的アルゴリズム（ＧＡ） 交叉 2点交叉世代交代モデル Minimal Generation Gap Model (MGG) [佐藤 1997]

提案手法 日毎各従業員の労働時間帯の不連続性週毎従業員の不満足度評価関数

評価実験 • 使用データ • 実際の店舗におけるデータ • データ条件 • 24時間営業店 • 対象，ウェイター15人

ＴＵＥ ＦＲＩ結果ＷＥＤＳＡＴＴＨＵＳＵＮ

結果ＭＯＮ実運用可能世代交代数　25000 個体数　1000 評価平均　　　　初期　　 -5.02355 　　　終了時　-0.13435 使用可能解　　　　　個数　127 　　　　　割合　0.127 評価0の解（最高評価）　　　　　個数　10

1日分ワークスケジュール計算時間 結果実験用ＰＣスペック AthlonXP 1900+ 計算時間約50秒世代交代数　25000 個体数　1000 1週間分計算時間　約6分

まとめ • 実店舗で利用可能なシステム開発 • ワークスケジュール1週間分を計算時間　約6分で作成可能 • ウェイターのワークスケジュールの実運用可能と現場の評価

今後の展望 • 現在の研究内容の発展 • ファミリーレストランにおけるさまざまな状況に応じた運用 • 他業種のワークスケジュール作成に対して適応 • スーパーマーケット

今後の展望2 • 現在の定式化ではなく新しい定式化 • 事前に人数を決定せず、予想客数のみからのワークスケジュール生成 • 生成時に必要人数ではなく必要技能のみとした技能による労働時間の割り振り • ワークスケジュールの汎用性の増加 • 他業種への適応の容易化 • ユーザーの負担軽減

今後の展望3 • ファジィによる、遺伝表現 • 他問題への適用 • 遺伝表現作成の容易化への期待

東京工業大学 大学院総合理工研究科 知能システム科学専攻 廣田研究室 Ｄ１ 渡邊 真