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シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の

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Academic year: 2021

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(1)

シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の

群 知 能 ア ル ゴ リ ズ ム の 応 用 に 関 す る 研 究

村 山 要 司

(2)
(3)

i

St ud y on G ro up I nt el li ge nc e Al go ri th m fo r Sh if t Sc he du li ng P ro bl em s.

Th is pa pe r co nc er ns mo de li ng an d so lv in g th e s h if t s ch ed ul in g p ro bl em . In sh if t ma na ge me nt , va ri ou s co nd it io ns mu st be t ak en in to c on si de ra ti on in or de r t o cr ea te a wo rk sc he du le t ha t c a n p ro vi de hi g h- qu al i ty se rv ic es an d ea ch st af f ca n w or k co mf or ta b ly w it h ou t di ff ic ul t y, a nd ex pe ri en ce d pe op le It t ak es t im e to re ly o n in tu it io n an d i nt ui t io n, it i s a d if fi cu l t an d bu rd en so me w or k, a nd d em an d fo r co mp ut er a ss is ta nc e is g re at .

Al th ou gh t he s hi ft s c he du li ng p ro bl em h as be en s tu di ed s o f a r, ce nt er ed on t he n u rs e sc he du li ng p ro bl em , a m ed ic al f ac il it y i s no t th e on ly p la ce th at h as pr ob le ms in c re at in g a wo rk s c h ed ul e. I n t hi s p ap er , we pr op os e mo de li ng wo r kp la ce an d s ol vi ng m et ho d wh ic h h av e no t be en tr ea te d as sh if t sc he du li ng p ro bl em .

In r ec en t ye ar s, t he p ro po rt io n of p ar t- ti me w or k in t he t ot al l ab or fo rc e is i nc re as in g. In t he wo r kp la ce w he r e e l im in at io n of h um a n r e so ur ce s sh or ta ge i s an u rg en t i ss ue , we d iv er si fy em pl oy me nt f or ms , su c h as s ho rt - ti me wo rk , ma in ly i n t he se r vi ce in du s tr y, an d in co rp or at e th e l ay e rs th at w e we re u na b le t o wo rk e ve n t ho ug h we w an te d to wo rk d ue t o co n- st ra in ts o f ti me s o f ar I ha ve s ta r te d. I n or d er to r ea l iz e a w or k sy st em ba se d on s uc h d iv er s e wo rk s ty le s, pr ec i se s hi ft m an ag em e nt co ns id er in g pa rt -t im e wo rk er s i s ne ce ss ar y. R es ea rc h on t he p re vi ou s s hi ft s ch ed ul in g pr ob le m i s fo cu se d o n fu ll -t i me w or ke r s an d ca nn o t be ap pl ie d as it is . Th er ef or e, w e re v ie w th e co ns tr ai nt c o nd it io ns , al go ri th ms , a nd s ol ut io ns , an d b ui ld a n e w s h if t s ch ed ul in g s p ec ia li ze d f or pa rt - ti me wi th th e pu rp os e of u ti li zi ng s ta ff w it h re st ri ct io ns o n wo rk in g ho ur s.

In th at ca se , th e p r ob le m i s s ol v in g. Mo st of th e sc he du li ng pr ob le ms ar e N P ha rd a nd i t i s di ff ic ul t to p re di ct ho w mu ch t he ca l cu la ti on vo lu m e wi ll in cr ea se wi th t he pr ob le m o f t he s c al e. Ev en wi th th e s am e n um be r of p r ob le ms , t he sc a le t h at ca n b e so l ve d by th e s tr u ct ur e o f th e a c tu al nu me ri ca l va lu e p ro b le m i s co mp le te ly I t i s di ff er en t. I n th is pa pe r , fo cu si ng o n th e so lu ti on o f p re v io us r es ea rc h, w e e v al ua te t he so l ut io n me th od ba s ed on t he ch ar ac te r is ti cs of ea ch f ie ld o f s h if t s ch ed ul i ng pr ob le m.

(4)

ii

Mo re ov er , i n or de r t o s ol ve th e sh if t s c he du li ng pr ob le m in th e w or k- pl ac e wh er e th er e ar e m an y co nd i ti on s to co ns i de r a n d c o mp li ca te d pa rt - ti me w or ke rs ar e th e f oc us , a m or e ac cu r at e so lu ti on me th od is r eq ui re d.

Th er ef or e, i n th is p ap er , we ve r if y wh et he r g r ou p i n te ll ig en ce wh i ch is co ns id er ed e f fe ct iv e f or c o mp le x an d m u lt iv ar ia te o p ti mi za t io n pr ob le m in r ec en t ye ar s is p ra ct ic al .

Ar ti fi ci al B ee C ol on y ( A BC ) an d Fi re fl y Al go ri th m (F A) , wh ic h a r e r e p- re se nt at iv e ex am p le s o f gr ou p i nt el li ge n ce , at tr ac t a tt en ti o n ov er se as , bu t op t im iz at io n p r ob le ms in cl ud in g i n te ge r v ar ia bl es su c h as sh if t sc he du li ng p ro bl em s. AB C, a nd F A, a nd v e ri fi es w it h a g e ne ti c a lg o ri th m (G en et ic A lg or it hm : GA ) w h os e v a li di ty i s c on f ir me d in t he i nt eg er p ro - gr am mi ng p ro bl em .

Th is d is se rt at io n co ns is ts o f 8 ch ap te rs .

In C ha pt er 1 , t he s t ud y de sc ri be s t he p u rp os e an d co m po si ti o n of t he di ss er ta ti on .

Ch ap te r 2 is on th e pr ev io us st ud ie s. T he pr ev io us st ud ie s on nu rs e sc he du li ng pr o bl em s an d g en er al s hi ft s c he du li ng th at i s d e v el op ed ba se d on th e nu rs e sc he du li ng pr ob le m ar e in ve st ig at ed a nd ar e ex pe ct ed to de ve lo p th e sh if t sc he du li ng p ro bl em s tu di ed s o f ar a nd f ut u re de v el op - me nt s t ha t h av e n ot be en de al t w it h s o f ar sh if t s ch ed ul in g pr ob le m i s ch ar ac te ri ze d.

In c ha pt er 3, th e st ud y wi ll di sc us s t he s ol ut io n m et ho d u se d to so lv e th e p ro b le m. AB C , F A as a r ep re se nt at iv e ex am pl e of g ro up i n te ll ig en ce ar e p ro po se d. T og et h er wi th GA , th e s tu d y c la ri fi es t he fe at ur es of th e so lu ti on a nd c an a p pl y ev en i nt eg er p ro g ra mm in g pr ob le m, w hi ch wi ll v er if y th e ef fe ct u s in g be nc hm ar k fu nc ti on . I n ch ap te r 3, a s a s ma ll o rg an iz at io n , ta rg et in g co mp ut er c la ss es c en te re d on p ar t- ti me w or ke rs ,

Ch ap te rs 4 pr ov id es mo de li ng o f w or kp la c es a nd re co mm en da ti o ns o n s o- lu ti on s t ha t ha ve n ot be en t re at ed a s sh if t s ch ed u li ng pr ob le ms . T he st ud y mo de ls s hi ft s ch ed ul in g pr ob le ms f or co n ve ni en ce s to re s a s a sp e- ci al iz ed is su e fo r p ar t- ti me wo rk . Se ek i ng a ri go ro us so lu t i on , a im in g to pr o vi de a fa i r a n d s at i sf yi ng w or ki ng en vi r on me nt f or e mp lo ye es f ro m th e v ie w po in t o f co s t r ed uc t io n f ro m a m an ag er ia l pe rs pe ct iv e f ro m th e vi ew po in t of p ar t- ti me w or ke rs .

Ch ap te r 5 is o n a sh i ft sc he du li ng m od el , ap pl ic at io n t o ta rg e t n ur se ry

(5)

iii te ac he rs .

In c ha pt er 6, fo r th e pu rp os e o f s ch ed ul in g an d l ev el in g t he n um be r o f de li ve ry t ru ck s b y t im e zo ne , th e s tu dy re pl ac es s ta ff wi th ve hi cl es a nd al lo ca te s ti me f ra me s a nd a rr iv al b ar ge s in st ea d of d ai ly s h if t s hi f ts an d s ol ve s th em as sh if t s ch ed ul in g pr o bl em s. In c ha pt er 5 , t he st ud y al so us es G A, AB C, FA fo r s ol u ti on , a n d a ls o v er i fi es wh e th er gr ou p in te ll ig en ce c an b e ap pl ie d to s ch ed ul in g pr ob le ms .

Ch ap te rs 7 i s o n a s ug ge st io n f or so lv in g t he pr ob le m o f s ho rt ag e o f pe rs on ne l by a pp ly in g th e tr ac k dr iv er s.

Ch ap te r 8 co nc lu de s. Th e re se ar ch r es ul ts of t hi s pa pe r ar e su m ma ri ze d.

Th is s tu dy s ho we d th e e ff e ct iv en es s of m od el in g of w or kp la ce an d su g- ge st in g so lu ti on m et ho d w hi c h h ad n ot b e en tr ea t ed as s hi ft sc he du li ng pr ob le m. I n pa rt ic ul a r, t he s tu dy p ro po s es a h ig hl y no ve l sh i ft s ch ed ul in g mo de l ba se d o n a ne w v ie wp oi nt ce nt er ed on p ar t- ti me wo rk , a ga in st t he cu rr en t si tu at io n wh er e p r ec is e sh if t ma na ge me nt i s re qu ir ed du e to d i- ve rs e em pl oy me nt sy s te ms . Fr om a ma na ge ri al p oi nt of v ie w, i t ca n b e ex pe ct ed to s ol ve t he sh or ta ge o f hu ma n r es ou rc es a nd c os t r ed uc ti on ef fe ct , a nd fr om th e v ie w po in t o f t he em pl oy ee , i t b ec am e a me th od th at ca n pr ov id e a fa ir a nd s at is fy in g wo rk in g en vi ro nm en t.

As fo r th e s ol ut io n , t he s tu dy ev al ua t ed th e ef fe ct iv en es s o f t h e me ta he ur is ti c ap pr ox im at e s ol u ti on in t h e s hi ft s ch ed ul in g p ro bl em an d sh ow ed th at i t i s p r ac ti ca l f or g ro up in te ll ig en ce wh ic h ha s ne ve r b ee n ap pl ie d to t he s ch ed ul in g pr ob le m in d om es ti c ca se s.

Al so , w he n co ns id er i ng a g e ne ra l- pu rp os e mo de l, t he st ud y p ro po se s a hy br id a pp ro ac h of g ro up i nt el li ge nc e to so lv e th e pr ob l em , af te r cl ar - if yi ng t h at t he pr ob le m be co me s a pr ob le m by se le ct io n o f a so lu ti on a n d pa ra me te r se tt in g de pe nd in g on t he p ro bl em .

(6)

iv

目 次

1

章 序 論

... 1

1.

本 研 究 の 目 的

... 2

2.

論 文 の 構 成

... 2

4.

本 章 の ま と め

... 9

参 考 文 献

... 10

2

章 研 究 の 背 景

... 11

1.

本 章 の 目 的

... 12

2.

研 究 の 背 景

... 13

2.1

パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 の 現 状

... 13

2.2

パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 の 雇 用 環 境

... 14

2.3

コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア

... 15

2.4

保 育 士

... 17

2.5

ト ラ ッ ク ド ラ イ バ ー

... 19

3.

先 行 研 究

... 20

3.1

モ デ ル 化 の 研 究

... 20

3.2

解 法 の 研 究

... 26

3.3

先 行 研 究 の 課 題

... 33

4.

本 章 の ま と め

... 39

参 考 文 献

... 41

3

章 組 合 せ 最 適 化 問 題 の 解 法

... 47

1.

本 章 の 目 的

... 48

2.

厳 密 解 法

... 50

3.

近 似 解 法

... 51

3.1 GA

( 遺 伝 的 ア ル ゴ リ ズ ム )

... 51

3.2 ABC

ア ル ゴ リ ズ ム

... 60

3.3 FA

( ホ タ ル ア ル ゴ リ ズ ム )

... 64

3.4

群 知 能 に よ る ハ イ ブ リ ッ ド な 解 法

... 67

4.

ベ ン チ マ ー ク 関 数

... 68

4.1

パ ラ メ ー タ の 設 定

... 68

4.2

計 算 結 果

... 71

5.

パ ー ト タ イ マ ー に よ る 職 場 の ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題

... 73

5.1

対 象 問 題 の 概 要

... 73

5.2

拘 束 条 件

... 78

5.3

定 式 化

... 81

(7)

v

5.4

数 値 実 験

... 84

6.

本 章 の ま と め

... 105

参 考 文 献

... 107

4

章 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題

... 109

1.

本 章 の 目 的

... 110

2.

本 研 究 に お け る 新 規 性

... 110

3.

拘 束 条 件

... 112

4.

解 法

... 115

4.1

従 前 の 解 法

... 115

4.2

本 研 究 で の 手 法

... 116

4.3

定 式 化

... 118

5.

数 値 実 験

... 120

5.1

実 験 の 背 景

... 120

5.2

実 験 の 結 果 及 び 考 察

... 122

6.

本 章 の ま と め

... 127

参 考 文 献

... 128

5

章 保 育 士 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題

... 131

1.

本 章 の 目 的

... 132

2.

保 育 士 不 足 の 現 状

... 132

3.

保 育 施 設 に お け る シ フ ト 管 理

... 134

3.1

従 来 型 の シ フ ト 管 理

... 134

3.2

本 研 究 で の モ デ ル に よ る シ フ ト 管 理

... 136

4.

拘 束 条 件

... 140

5.

本 章 の ま と め

... 143

参 考 文 献

... 145

6

章 ト ラ ッ ク 輸 送 の 入 荷 バ ー ス 割 り 当 て 問 題

... 147

6.1

本 章 の 目 的

... 148

2.

本 研 究 で の 手 法

... 149

3.

拘 束 条 件

... 150

4.

定 式 化

... 150

5.

解 法

... 153

6.

数 値 実 験

... 155

6.1

入 力 値 及 び 実 験 パ ラ メ ー タ

... 155

6.2

計 算 結 果

... 159

6.3

計 算 結 果 評 価

... 161

(8)

vi

7.

本 章 の ま と め

... 164

参 考 文 献

... 166

7

章 運 行 管 理 に お け る 乗 務 割 作 成 問 題

... 167

1.

本 章 の 目 的

... 168

2.

ト ラ ッ ク 運 送 に お け る 運 行 管 理

... 168

2.1

運 行 管 理 者 の 選 任

... 168

2.2

運 行 管 理 者 の 日 常 業 務 の 基 本 フ ロ ー

[3] ... 169

3.

運 転 者 の 労 働 時 間

... 170

4.

乗 務 割 の 作 成 に お け る 課 題

... 173

5.

最 適 化 問 題 の 選 択

... 175

5.1

ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 適 用

... 175

5.2

ト ラ ッ ク 運 転 者 の 拘 束 条 件

... 175

5.3

定 式 化

... 176

6.

本 章 の ま と め

... 179

参 考 文 献

... 180

8

章 結 論

... 181

1.

結 論

... 182

付 録

... 187

付 録

A

3

章 の ベ ン チ マ ー ク 関 数 計 算 結 果

... 188

付 録

B

3

章 の パ ー ト タ イ マ ー に よ る 職 場 の ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 計 算 結 果

... 212

付 録

C

6

章 の 入 荷 バ ー ス 割 り 当 て 問 題 計 算 結 果

... 214

(9)

1

1

章 序 論

(10)

2

1

章 序 論

1.

本 研 究 の 目 的

本 研 究 で は , 「 シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 群 知 能 ア ル ゴ リ ズ ム の 応 用 」 を テ ー マ に 挙 げ , 研 究 を 進 め る こ と と す る .

近 年 ,全 労 働 力 に 占 め る パ ー ト タ イ ム 勤 務 の 割 合 は 増 加 し て い る .ま た , 人 材 不 足 解 消 が 喫 緊 の 課 題 で あ る 職 場 で は , サ ー ビ ス 業 を 中 心 に , 短 時 間 勤 務 な ど 雇 用 形 態 を 多 様 化 さ せ , こ れ ま で , 時 間 の 制 約 の 問 題 で 働 き た く て も 働 け な か っ た 層 を 取 り 込 み 始 め て い る . こ う し た 多 様 な 働 き 方 を 前 提 と し た 勤 務 体 系 を 実 現 す る に は , 従 来 に は な い 緻 密 な シ フ ト 管 理 が 必 要 で あ る .

本 研 究 で は , 従 前 の 研 究 で は 対 象 と さ れ て い な か っ た パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 が 中 心 と な る 職 場 や 現 代 の 労 働 環 境 を 象 徴 す る よ う な 分 野 で 複 雑 な 条 件 を 持 つ 問 題 を シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 と し て モ デ ル 化 し , そ の 解 法 を 示 す も の で あ る .

解 法 に つ い て は , 厳 密 解 法 や 従 前 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 で 用 い ら れ て い る メ タ ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス に よ る 近 似 解 法 だ け で な く , 群 知 能 ア ル ゴ リ ズ ム を 用 い , そ の 効 果 を 検 証 す る .

2.

論 文 の 構 成

本 論 文 は 全 8 章 か ら 構 成 さ れ て い る . 第

1

章 は ,「 序 論 」 で あ る .

本 研 究 の 目 的 並 び に , 研 究 全 体 の 構 成 に つ い て 概 要 を 述 べ , 本 研 究 の 全 体 を 明 ら か に し た も の で あ る .

2

章 は ,「 研 究 の 背 景 」 で あ る .

少 子 高 齢 化 の 進 行 , 生 産 年 齢 人 口 の 減 少 に よ る 人 材 不 足 の 中 , 特 に , シ フ ト を 組 む こ と 自 体 が 困 難 に な っ て き て い る サ ー ビ ス 業 に お け る パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 , コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の ス タ ッ フ , 保 育 士 , ト ラ ッ ク ド ラ イ バ ー に 着 目 し , ス タ ッ フ の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 が 強 く 求 め ら れ る 背 景 に つ い て , 明 ら か に す る .

女 性 の 社 会 進 出 が 望 ま れ て い る が , 家 事 , 子 育 て を し な が ら パ ー ト で 働 く に は 勤 務 に お い て 勤 務 時 間 帯 , 総 勤 務 時 間 な ど 様 々 な 制 限 が あ る .

一 方 , サ ー ビ ス 産 業 の 労 働 体 系 は , フ ル タ イ ム 勤 務 中 心 か ら パ ー ト タ イ

ム 中 心 に シ フ ト し て き て お り , さ ら に , シ フ ト を 細 分 化 す る こ と に よ り ,

従 来 よ り も 勤 務 時 間 を 短 く し , 時 間 の 制 約 の 問 題 で 働 き た く て も 働 け な い

(11)

3

主 婦 層 を 取 り 込 む こ と で 人 材 不 足 を 図 る 企 業 が 増 え て い る .

こ う し た 状 況 の も と に よ り 緻 密 な パ ー ト タ イ ム 管 理 が 必 要 に な っ て い る . コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア は ,

24

時 間

365

日 営 業 し て い る . 従 来 の

24

時 間 勤 務 は , 消 防 士 や 看 護 師 な ど の よ う に , 厳 密 に 時 間 が 決 め ら れ た 三 交 代 制 勤 務 で あ っ た が ,コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア で は , 「 平 日 の 日 中 の み 」, 「 早 朝 の

2

時 間 の み 」,「 土 日 の フ ル タ イ ム 」 な ど , 従 業 員 が 勤 務 を 希 望 す る 長 さ も タ イ ミ ン グ も ま ち ま ち で あ る .

管 理 者 は , 従 業 員 そ れ ぞ れ の 雇 用 形 態 を 正 し く 把 握 し , 要 望 を 考 慮 し な が ら ,そ の 一 方 で ,時 間 毎 に 異 な る 業 務 オ ペ レ ー シ ョ ン や 業 務 量 に 応 じ て , 繁 忙 時 間 帯 に 適 切 な 人 数 を 配 置 で き る よ う , 全 体 の 人 数 も 最 適 化 し な け れ ば な ら ず , 従 来 に は な い シ フ ト 管 理 が 求 め ら れ て い る .

保 育 士 は , 待 機 児 童 の 解 消 , 保 育 施 設 の 増 設 が 進 め ら れ て い る 中 , 深 刻 な 人 手 不 足 に 陥 っ て い る . 保 育 士 の 資 格 を 所 持 し て い る の に 保 育 士 と し て 働 い て い な い , 潜 在 保 育 士 の 問 題 が あ る . 長 時 間 労 働 や サ ー ビ ス 残 業 ・ 遅 番 早 番 な ど の 勤 務 体 制 の 変 更 と い っ た 職 場 環 境 の 悪 化 が 要 因 と し て 考 え ら れ , 保 育 士 の な り 手 を 増 や す た め に は , 保 育 士 の 働 く 職 場 環 境 の 改 善 は 必 須 と い え る .

こ う し た 中 , パ ー ト を 活 用 し , 短 時 間 の シ フ ト を 組 ん で 対 応 し た り , 保 育 士 の 雇 用 形 態 を パ ー ト , 短 時 間 正 社 員 な ど , そ れ ぞ れ の 保 育 士 の 生 活 環 境 の 変 化 に よ っ て 選 択 で き る よ う に し た り す る 保 育 施 設 が 出 始 め て い る . 従 来 の 早 番 , 中 番 , 遅 番 を 割 り 当 て る フ ル タ イ ム 勤 務 を 前 提 と し た シ フ ト 管 理 で は な く , パ ー ト や 短 時 間 社 員 の 配 置 を 想 定 し た シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 が 求 め ら れ て い る .

ト ラ ッ ク ド ラ イ バ ー は , 物 流 ・ ロ ジ ス テ ィ ク ス の 高 度 化 に お い て , ト ラ ッ ク 輸 送 の 重 要 性 が こ れ ま で 以 上 に 高 ま っ て い る に も 拘 ら ず ,

2

年 連 続 で 減 少 と な り , ま た , 長 時 間 労 働 に よ る 過 労 運 転 に よ る 事 故 も , 近 年 , 大 き な 社 会 問 題 と な っ て い る .

我 が 国 で は 自 動 車 運 転 者 の 労 働 の 実 態 を 考 慮 し , 拘 束 時 間 , 休 息 期 間 等 に つ い て 基 準 が 定 め ら れ て い る が , 運 行 管 理 者 は , こ う し た 複 雑 な 条 件 , 労 働 基 準 法 , 及 び 労 働 大 臣 告 示 「 自 動 車 運 転 者 の 労 働 時 間 等 の 改 善 の た め の 基 準 」( 改 善 基 準 告 示 ) に よ り 運 行 計 画 を 策 定 し な け れ ば な ら な い .

こ う し た 社 会 的 に シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 の 重 要 度 が 増 し て い る 背 景 を 踏 ま え , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 全 般 に つ い て の 先 行 研 究 に つ い て 考 察 す る .

シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 代 表 的 な 問 題 と し て 研 究 が 進 ん で い る 看

(12)

4

護 師 に お け る シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 及 び , そ れ ら の 研 究 を 踏 ま え て 展 開 さ れ て い る ス タ ッ フ の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 に お け る 問 題 の 定 義 ,拘 束 条 件 ,組 合 せ 最 適 化 問 題 と し て の 定 式 化 を 明 ら か に す る と と も に , そ の 問 題 を 解 く た め に 用 い ら れ る 厳 密 解 法 ,近 似 解 法 に つ い て 考 察 を 行 う .

ス タ ッ フ の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ の 拘 束 条 件 を , サ ー ビ ス の 需 要 を カ バ ー す る シ フ ト 拘 束 条 件 と ス タ ッ フ の 勤 務 負 荷 を 考 慮 す る ス タ ッ フ 拘 束 条 件 に 分 類 し ,シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ に つ い て の 基 盤 と な る 条 件 の 考 え 方 , 課 題 を 明 ら か に し た 上 で , フ ル タ イ ム 勤 務 を 前 提 と し た も の で は な く , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 を 中 心 と し た 職 場 に 対 し て の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ の 必 要 性 を 示 す . 従 前 研 究 で は , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 に つ い て は , フ ル タ イ ム 勤 務 者 の 補 完 的 な 役 割 に 留 ま り , パ ー ト タ イ ム に 特 化 し た か た ち で の ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 研 究 は 新 規 性 の 高 い 領 域 で あ る .

ま た ,解 法 に つ い て は ,従 前 研 究 で は ,遺 伝 的 ア ル ゴ リ ズ ム(

Genetic Al- gorithm: GA

) や タ ブ ー サ ー チ (

Tabu Search: TS

), 焼 き な ま し 法 (

Sim- ulated Annealing: SA

) と い っ た ヒ ュ ー リ ス テ ィ ッ ク ス に よ る 近 似 解 法 が ほ と ん ど で あ る が , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 が 中 心 と な る 職 場 で は , 問 題 が 大 き く 複 雑 に な り , 手 作 業 に よ る 修 正 が 困 難 に な る た め , よ り 精 度 の 高 い 解 法 が 求 め ら れ る こ と を 明 ら か に す る .

第 3 章 は ,「 組 合 せ 最 適 化 問 題 の 解 法 」 で あ る .

シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 は , 組 合 せ 最 適 化 問 題 と し て 定 式 化 で き , 組 合 せ 最 適 化 問 題 の 解 法 は , 制 約 条 件 を 満 た す 解 の 中 で , 目 的 関 数 を 最 小

( 最 大 ) に す る 解 を 求 め る も の で あ る . 現 実 の 問 題 の ほ と ん ど は , 最 適 解 を 求 め る の が 困 難 な

NP

困 難 と 呼 ば れ る ク ラ ス に 属 す る 問 題 で あ る . 計 算 困 難 な 組 み 合 わ せ 最 適 化 問 題 に 対 す る ア プ ロ ー チ は , 時 間 が か か っ て も 最 適 性 の 保 証 さ れ た 解 を 求 め る「 厳 密 解 法 」,現 実 的 な 計 算 時 間 で 良 い 実 行 可 能 解 を 求 め る 「 近 似 解 法 」 が あ る .

厳 密 解 法 で は ,整 数 計 画 問 題(

Integer Programming: IP

)な ど の 標 準 問 題 の 形 に 定 式 化 し て , 汎 用 ソ ル バ ー を 用 い て 解 く 場 合 が 多 く , 組 合 せ 最 適 化 問 題 に 対 す る 汎 用 ソ ル バ ー と し て は ,混 合 整 数 計 画 問 題(

Mixed Integer Pro-gramming: MIP

) の ソ ル バ ー が 代 表 的 で あ り , 商 用 , 非 商 用 を 含 め 多 数 の パ ッ ケ ー ジ が 存 在 す る .

近 似 解 法 で は , 問 題 特 有 の 性 質 を 利 用 し た 専 用 ソ ル バ ー を 適 用 あ る い は 開 発 を 行 う . そ の 際 に , 利 用 さ れ る ア ル ゴ リ ズ ム と し て , メ タ ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス が 多 く 提 案 さ れ て い る .

第 3 章 で は , 厳 密 解 法 で 用 い ら れ る 汎 用 ソ ル バ ー で 採 用 さ れ て い る ア ル

(13)

5

ゴ リ ズ ム で あ る 「 分 枝 限 定 法 」 及 び , メ タ ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス と し て , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 先 行 研 究 で 多 く 用 い ら れ て き た

GA

, 近 年 , 複 雑 か つ 多 変 数 の 最 適 化 問 題 に 対 し て 有 効 で あ る と し て , 動 物 や 昆 虫 の 特 徴 的 な 行 動 か ら 考 え ら れ た 群 知 能 の 代 表 例 と し て , 人 工 蜂 コ ロ ニ ー

Artificial Bee Colony

ABC

[1]

, ホ タ ル ア ル ゴ リ ズ ム(

Firefly Algo- rithm

FA

[2]

を 挙 げ , そ の 特 徴 , ア ル ゴ リ ズ ム フ ロ ー を 明 ら か に す る .

群 知 能 に よ る 解 法 つ い て は , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 な ど の 整 数 変 数 を 含 ん だ

IP

で の 有 効 性 を 検 証 す る た め , 関 数 最 適 化 問 題 の ベ ン チ マ ー ク と し て 知 ら れ る

Sphere

関 数 ,

Rastrigin

関 数 の

2

種 類 の 関 数 を 用 い て

GA

と の 比 較 実 験 を 実 施 す る .

ABC

の 有 効 性 を 確 認 し ,

FA

は ,パ ラ メ ー タ の 設 定 を 含 め , 適 用 す べ き 問 題 か ど う か の 検 討 の 必 要 性 を 提 言 す る .

ま た ,パ ー ト タ イ マ ー に よ る 小 規 模 な 職 場 の ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 に て , パ ー ト タ イ ム 勤 務 特 有 の 制 限 を 考 慮 し た モ デ ル 化 を 行 い , 厳 密 解 法 に て 最 適 性 が 保 証 さ れ た 最 適 解 を 得 る . パ ー ト の 女 性 イ ン ス ト ラ ク タ ー が ス タ ッ フ の 中 心 で あ る 小 規 模 な パ ソ コ ン 教 室 が 抱 え る 問 題 を 想 定 し , パ ー ト タ イ ム に よ る 出 勤 形 態 及 び , 従 来 に は な い 個 別 の 事 情 に よ る 勤 務 制 限 や 出 勤 ペ ー ス な ど を 考 慮 し た モ デ ル 化 を 行 い , 数 値 実 験 を 行 い , 最 適 解 を 得 る . さ ら に , 必 要 人 数 の 条 件 違 反 の 最 小 化 を 目 的 関 数 と せ ず , 総 人 件 費 の 最 小 化 に す る こ と に よ り , コ ス ト の 削 減 が 可 能 と な る こ と を 示 す .

解 法 と し て は ,

MILP

と し て 定 式 化 し ,最 適 解 を 求 め る と と も に ,

IP

で 有 効 性 が 確 認 さ れ て い る

GA

,及 び ,群 知 能 の

ABC

を 用 い て ,群 知 能 を シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 に 適 用 す る 効 果 を 検 証 す る .

4

章 は , 「 コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 」で あ る .

2

章 で 示 し た よ う に , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 が 中 心 と な る シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ は , 社 会 的 需 要 が 大 き い が , 従 来 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ の モ デ ル , 解 法 を そ の ま ま 適 用 す る こ と は で き な い .

そ こ で , 第

4

章 で は , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 に つ い て 従 前 の 研 究 で は 対 象 と さ れ て い な か っ た パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 を 対 象 と し て , こ れ ま で の 主 た る 対 象 と な っ て き た フ ル タ イ ム 勤 務 者 を 対 象 と す る シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ と は 異 な る 視 点 か ら 拘 束 条 件 を 設 定 し , ア ル ゴ リ ズ ム や 解 法 の 見 直 し 及 び 再 構 築 を 行 う .

パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 に 特 化 し た シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ と し て , 対 象 を

コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア と し ,そ の 特 性 を 考 慮 し た 技 法 で 解 く .具 体 的 に は ,

タ イ ム ウ ィ ン ド ウ ( 勤 務 可 能 時 間 帯 ) 制 約 付 き ス タ ッ フ を ど の よ う に シ フ

(14)

6

ト に 割 り 当 て れ ば , 各 日 ・ 各 時 間 帯 の サ ー ビ ス レ ベ ル ( 必 要 人 数 , ス タ ッ フ の ス キ ル , ペ ア ) を 維 持 す る こ と が で き る か を 条 件 と し , 人 件 費 ( コ ス ト ) は 必 要 最 小 限 に す る こ と を 目 的 関 数 と す る 最 小 化 問 題 を 解 く . 解 法 で は , 第

3

章 で 有 効 性 が 確 認 さ れ た

ABC

の 考 え 方 を 組 み 入 れ る こ と で , 分 枝 限 定 法 で 実 用 的 な 時 間 で 厳 密 解 を 得 る こ と を 目 指 す .

数 値 実 験 の 結 果 か ら , 従 前 の モ デ ル に 比 べ , 計 算 時 間 が 大 幅 に 短 縮 で き る こ と に 加 え , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 を 活 用 す る う え で 経 営 的 な 視 点 か ら は コ ス ト 面 削 減 効 果 が 大 き く , 被 雇 用 者 の 視 点 か ら は 公 平 で 満 足 度 の 高 い モ デ ル を 示 す .

5

章 は ,「 保 育 施 設 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 」 で あ る .

保 育 の 量 拡 大 に 伴 い 必 要 と さ れ る 保 育 士 の 数 は 増 え て い る も の の , 深 刻 な 保 育 士 不 足 感 が 拡 が っ て い る . 人 材 が 集 ま ら な い 原 因 の 一 つ が 長 期 間 労 働 を 前 提 と し て 勤 務 体 系 が あ る .

保 育 士 不 足 を 解 消 す る た め に , 早 朝 保 育 や 延 長 保 育 な ど に パ ー ト タ イ ム の 保 育 士 を 配 置 し た り , 「 短 時 間 正 社 員 」の 制 度 を 設 け ,保 育 士 の 雇 用 形 態 を そ れ ぞ れ の 保 育 士 の 生 活 環 境 の 変 化 に よ っ て 選 択 で き る よ う に し た り す る な ど , 多 様 な 働 き 方 を 提 示 す る 保 育 施 設 が 増 え つ つ あ る .

5

章 で は , フ ル タ イ ム で は 求 人 の 応 募 が 少 な い 保 育 施 設 で は , 多 様 な 働 き 方 を 提 示 す る こ と で , 人 材 不 足 を 解 消 で き る と し , パ ー ト , 短 時 間 正 社 員 を 活 用 し て シ フ ト を 組 む こ と を 示 し た .そ の 場 合 ,従 来 の 早 番 ,中 番 , 遅 番 を 割 り 当 て る フ ル タ イ ム 勤 務 を 前 提 と し た シ フ ト 管 理 で は な く , パ ー ト や 短 時 間 社 員 の 配 置 を 想 定 し た シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ が 必 要 と な る . そ こ で , 従 前 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 で は , 対 象 と さ れ て い な か っ た パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 を 考 慮 し た シ フ ト 管 理 に つ い て , 第

4

章 に お け る モ デ ル を 応 用 し , 拘 束 条 件 を 示 し た .

6

章 は ,「 ト ラ ッ ク 輸 送 の 入 荷 バ ー ス 割 り 当 て 問 題 」 で あ る .

ト ラ ッ ク ド ラ イ バ ー の 長 時 間 労 働 は 長 年 大 き な 問 題 と し て 取 り 上 げ ら れ て い る が , そ の 大 き な 要 因 と し て 指 摘 さ れ る の が 荷 物 の 積 み 下 ろ し の 間 に 運 転 手 が 待 機 す る 「 荷 待 ち 時 間 」 で あ る .

荷 待 ち 時 間 の 発 生 の 多 く は , 指 定 時 間 に 到 着 し て , 待 機 し て い る 時 間 で

あ る . こ れ は , 物 流 セ ン タ ー 側 に 原 因 が あ り , 入 荷 作 業 人 員 の 体 制 に 応 じ

て ,時 間 帯 別 の 納 品 ト ラ ッ ク 数 を 割 り 当 て ,平 準 化 す る こ と が 求 め ら れ る .

6

章 で は , ス タ ッ フ ス ケ ジ ュ ー リ ン グ を 基 に , ス タ ッ フ を 車 両 に 置 き

換 え , 日 々 の 勤 務 シ フ ト の 代 わ り に , 時 間 枠 , 入 荷 バ ー ス を 割 り 当 て る こ

と と す る . 具 体 的 に は , 納 品 事 業 者 側 の 希 望 時 間 を 考 慮 し つ つ , 物 流 セ ン

(15)

7

タ ー 側 の 倉 庫 内 作 業 の 効 率 性 を 踏 ま え て , 組 合 せ 最 適 化 問 題 と し て 定 式 化 し ,シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 を 解 く .解 法 と し て は ,群 知 能 を 用 い る . 数 値 実 験 の 結 果 よ り , 従 来 型 の 受 付 先 着 順 を 採 用 し た 場 合 と 比 較 し , 荷 待 ち 時 間 が 解 消 さ れ , 労 働 時 間 の 短 縮 が 期 待 で き る と と も に , 割 り 当 て 表 作 成 に つ い て も 作 業 時 間 の 短 縮 が 可 能 と な る こ と を 示 す .

解 法 に つ い て は , 厳 密 解 を 得 る こ と が 難 し い た め , ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス に よ る 近 似 解 法 を 用 い る .

GA

と と も に ,群 知 能 の

1

つ で あ る

ABC

FA

を 用 い , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 群 知 能 よ る 解 法 を 他 問 題 に 適 用 す る こ と の 有 効 性 を 検 証 し て い る .

7

章 は ,「 運 行 管 理 に お け る 乗 務 割 作 成 問 題 」 で あ る .

近 年 は 物 流 ・ ロ ジ ス テ ィ ク ス の 高 度 化 に お い て , 企 業 戦 略 を 展 開 す る う え で も ト ラ ッ ク 輸 送 の 重 要 性 は こ れ ま で 以 上 に 高 ま っ て い る . し か し な が ら , ド ラ イ バ ー な ど の 輸 送 ・ 機 械 運 転 従 事 者 は ,

2

年 連 続 で 減 少 と な っ て お り , 自 動 車 運 送 事 業 に お け る 高 齢 運 転 者 の 事 故 や 長 時 間 労 働 に よ る 過 労 運 転 に よ る 事 故 も , 大 き な 社 会 問 題 と な っ て い る .

7

章 で は , 運 行 管 理 ( 貨 物 ) の 現 状 と 課 題 を 明 ら か に し た う え で 運 行 管 理 業 務 の 効 率 化 に 不 可 欠 な 乗 務 割 の 作 成 に つ い て の モ デ ル 化 を 示 し , 並 び に 円 滑 に 乗 務 割 を 作 成 す る た め に 必 要 な 拘 束 時 間 , 労 働 時 間 の 軽 減 に 有 効 と 考 え ら れ る 中 継 輸 送 の 導 入 効 果 に つ い て , 検 証 す る .

運 行 管 理 者 は 労 働 基 準 法 , 及 び 労 働 大 臣 告 示 「 自 動 車 運 転 者 の 労 働 時 間 等 の 改 善 の た め の 基 準 」 ( 改 善 基 準 告 示 )に よ り 運 行 計 画 を 策 定 し な け れ ば な ら な い . 各 ト ラ ッ ク 運 転 者 の 運 行 ご と に 労 働 時 間 を 確 認 し , 労 働 違 反 と な る 運 行 計 画 に つ い て は 順 法 の 範 囲 内 で の 修 正 を 提 案 す る 必 要 が あ る . そ こ で , ト ラ ッ ク 運 転 者 の 勤 務 シ フ ト に つ い て , ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 を 応 用 す る こ と の 有 効 性 を 示 す .

8

章 は ,「 結 論 」 で あ る .

本 研 究 全 体 の 研 究 成 果 及 び , 今 後 の 展 開 に つ い て 言 及 し た も の で あ る .

2

章 か ら 第

7

章 の 各 章 の 役 割 , 関 連 を 図

1.1

に 示 す .

(16)

8

1.1

各 章 の 役 割

(17)

9 4.

本 章 の ま と め

本 研 究 で は , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 分 析 ・ モ デ ル 化 及 び , 問 題 を 解 く た め の 解 法 を 明 ら か に す る .

近 年 , 企 業 は , 人 材 不 足 の 問 題 を 解 消 す る た め に , 働 き た く て も , 時 間 の 制 約 で 働 く こ と が で き な か っ た 層 を 取 り 込 み 始 め て お り , 時 間 単 位 の パ ー ト タ イ ム 勤 務 の シ フ ト 管 理 の 重 要 度 は 増 し て い る .

本 研 究 は , 社 会 的 需 要 が 高 ま っ て い る が , 従 前 の 研 究 で は 対 象 と さ れ て い な か っ た 分 野 の 問 題 , 特 に , パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 を 中 心 と し た 職 場 に 対 し て , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 と し て モ デ ル 化 , 解 法 の 提 言 を 行 う も の で あ る .

フ ル タ イ ム 勤 務 者 の 補 完 的 な 役 割 と い う 考 え 方 に 基 づ い た 従 来 の パ ー ト タ イ ム と は 異 な り , 働 け る 時 間 に 制 約 の あ る ス タ ッ フ を 活 用 す る こ と を 本 研 究 の 目 的 と す る . フ ル タ イ ム 中 心 の 伝 統 的 な 雇 用 形 態 と は 異 な り , パ ー ト タ イ ム に 特 化 し た か た ち の ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 研 究 は こ れ ま で 行 わ れ て い な い 新 規 性 の 高 い 領 域 で あ る .

解 法 に つ い て は , 近 年 , 複 雑 か つ 多 変 数 の 最 適 化 問 題 に 対 し て 有 効 で あ

る と し て 海 外 に お い て 注 目 を 集 め て い る が , ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 国 内

事 例 に お い て は 応 用 例 が な い 群 知 能 に つ い て , そ の 有 効 性 を 検 証 す る .

(18)

10

参 考 文 献

[1] D. Karaboga and B. Basturk

A powerful and efficient algorithm for numerical function opti-mi-zation:Artificial bee colony (ABC) algo- rithm

”,

J. Global Optimization

Vol.39

(2007)

pp.459-471 [2] X.-S. Yang

Firefly algorithms for multi-modal optimization

”,

Sto-chastic Algo-rithms:Foundations and Applications

Vol.5792

(2009)

pp. 169-178

(19)

11

2

章 研 究 の 背 景

(20)

12

2

章 研 究 の 背 景

1.

本 章 の 目 的

少 子 高 齢 化 の 進 行 に よ り , 我 が 国 の 生 産 年 齢 人 口 は

1995

年 を ピ ー ク に 減 少 に 転 じ て い る .こ う し た 中 ,産 業 界 で の 人 材 不 足 が 顕 在 化 し つ つ あ り , 医 療 福 祉 業( 看 護 ,介 護 ,保 育 な ど ),サ ー ビ ス 業 ,運 輸 業 な ど で 人 材 不 足 の 傾 向 が 強 く み ら れ る よ う に な っ て い る .

人 材 不 足 の 中 , シ フ ト を 組 む こ と 自 体 が 困 難 に な っ て き て い る が , シ フ ト 管 理 が 上 手 く い か な い 職 場 で は , 結 果 と し て ス タ ッ フ の 負 荷 や 不 満 に よ り , 離 職 が 進 み , さ ら に 労 働 者 不 足 に 陥 る 悪 循 環 が 見 ら れ る .

シ フ ト 勤 務 で は , 従 業 員 ・ 職 員 の 誰 が , い つ 働 く か , 勤 務 の 割 り 当 て を 行 な っ た 勤 務 表 を 作 成 す る .実 際 の 勤 務 表 作 成 は ,勤 務 に 必 要 な 人 数 , 各 人 の 能 力 や 希 望 な ど 様 々 な 条 件 を 考 慮 し な が ら 決 め な け れ ば な ら ず , 手 間 と 時 間 が か か る 作 業 と な り , 熟 練 者 が 経 験 と 勘 を 頼 り に 時 間 を か け て 行 う の が 一 般 的 で あ る .

し か し , 勤 務 表 作 成 に 専 任 者 を 置 い て い る 企 業 は 少 数 で あ り , 多 く の 職 場 で は , 勤 務 全 体 か つ ス タ ッ フ 全 員 の こ と を 理 解 し て い る 店 長 ・ リ ー ダ ー な ど が 本 来 の 業 務 と 兼 任 で 行 っ て い る .質 の 高 い サ ー ビ ス を 提 供 し な が ら , か つ ス タ ッ フ 一 人 一 人 が 無 理 な く 快 適 に 働 く こ と の で き る 勤 務 表 を 作 成 す る た め に , ま た , そ の た め の 作 業 の 負 荷 軽 減 の た め に , コ ン ピ ュ ー タ に よ る 支 援 の 需 要 は 大 き い .

勤 務 表 を 作 成 す る 際 の 「 仕 事 を 誰 に 割 り 当 て る と 効 率 的 か 」 と い う 問 題 を , 数 理 計 画 で は , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 と い う . な か で も , 医 療 施 設 に お け る 看 護 師 の 勤 務 表 を 作 成 す る 問 題 で あ る ナ ー ス ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 は , シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 代 表 的 な 問 題 と し て , ま た , 組 合 せ 最 適 化 問 題 の 中 の 魅 力 的 な 問 題 と し て , 様 々 な 研 究 が 行 わ れ , 実 問 題 が モ デ ル 化 さ れ , あ る 程 度 複 雑 な 条 件 で も 良 い 解 が 求 め ら れ る 解 法 が 提 案 さ れ て い る .

し か し な が ら , 勤 務 表 作 成 の 問 題 を 抱 え る 現 場 は , 医 療 施 設 だ け で は な

い . ビ ジ ネ ス ・ シ フ ト 勤 務 が 複 雑 化 す る 中 , 問 題 の サ イ ズ や ロ ー テ ー シ ョ

ン の 性 質 が 異 な る 他 の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 も 求 め ら れ る .

本 章 で は , 特 に , 社 会 的 に 重 要 性 が 高 ま っ て い る 分 野 お い て , 人 材 不 足

の 解 消 が 喫 緊 の 課 題 と な っ て い る 職 種 で あ る , サ ー ビ ス 業 に お け る パ ー ト

タ イ ム 勤 務 者 , コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の ス タ ッ フ , 保 育 士 , ト ラ ッ ク ド ラ

イ バ ー に 着 目 し , ス タ ッ フ の シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 が 強 く 求

(21)

13

め ら れ る 背 景 に つ い て 明 ら か に す る . ま た , 先 行 研 究 で 取 り 扱 わ れ て き た シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 及 び 今 後 の 展 開 が 期 待 さ れ る 分 野 に お い て , 新 た な シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ の 必 要 性 を 示 す .

2.

研 究 の 背 景

2.1

パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 の 現 状

女 性 が 輝 く 社 会 が 望 ま れ て い る が , 家 事 , 子 育 て を し な が ら パ ー ト で 働 く 女 性 に は 勤 務 に お い て 勤 務 時 間 帯 , 総 勤 務 時 間 な ど 様 々 な 制 限 が あ る . 厚 生 労 働 省 に よ る 調 査 で は , 図

2.1

に 示 す 通 り , パ ー ト を 選 ん だ 理 由 と し て ,「 自 分 の 都 合 の 良 い 時 間 ( 日 ) に 働 き た い か ら 」「 勤 務 時 間 ・ 日 数 が 短 い か ら 」 「 就 業 調 整( 年 収 の 調 整 や 労 働 時 間 の 調 整 )が で き る か ら 」と い う 時 間 に 関 す る 項 目 が 上 位 を 占 め て お り , 特 に そ の 割 合 が 女 性 で は 高 く な っ て い る

[1]

働 く こ と の 時 間 さ え 合 え ば , 働 き た い と 考 え て い る 女 性 は 多 い .

2.1

パ ー ト を 選 ん だ 理 由

[1]

出 所 : 厚 生 労 働 省 「 平 成 28 年 パ ー ト タ イ ム 労 働 者 総 合 実 態 調 査 ( 個 人 調 査 ) の 概 況 」 の 表 よ り 筆 者 作 成

(22)

14 2.2

パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 の 雇 用 環 境

一 方 ,

2000

年 以 降 ,我 が 国 に お け る サ ー ビ ス 産 業 の 労 働 体 系 が フ ル タ イ ム 勤 務 中 心 か ら パ ー ト タ イ ム 中 心 に シ フ ト し て き て い る . 図

2.2

に 示 す 通 り , 全 労 働 力 に 占 め る パ ー ト タ イ ム 勤 務 の 割 合 は 増 加 し て い る

[2]

し か し な が ら , 図

2.3

に 示 す 通 り , 少 子 高 齢 化 そ れ に 伴 う 生 産 年 齢 人 口

15

-64

歳 の 総 人 口 ) の 減 少

[3]

等 に よ り , サ ー ビ ス 業 で は , そ れ ま で 現 場 を 支 え て き た ア ル バ イ ト ・ パ ー ト 人 材 の 求 人 難 が 問 題 と な っ て い る . 多 く の 企 業 は そ の 対 策 と し て , シ フ ト を 細 分 化 す る こ と に よ り , 従 来 よ り も 勤 務 時 間 を 短 く し , 時 間 の 制 約 の 問 題 で 働 き た く て も 働 け な い 主 婦 層 を 取 り 込 み 始 め て い る .求 人 誌「 タ ウ ン ワ ー ク 」で は ,

2012

年 度 以 降 短 時 間 勤 務 の 求 人 が 増 加 傾 向 に あ り ,「 週 の 最 低 勤 務 日 数 が

1

2

日 」 と い う 求 人 件 数 に つ い て は ,

2016

年 度 は ,

2012

年 の 約

3

倍 , 「

1

日 の 最 低 勤 務 時 間 が

1

3

時 間 」 と い う 求 人 も

2016

年 度 は

2012

年 度 の 約

3

倍 増 加 し て い る

[4]

2.2

非 正 規 雇 用 労 働 者 の 割 合 の 推 移

[2]

出 所 : 平 成 27 年 版 厚 生 労 働 白 書 ,「 人 口 減 少 社 会 」

(23)

15

2.3

日 本 の 人 口 推 移

[3]

出 所 : 総 務 省「 国 勢 調 査 」及 び「 人 口 推 計 」,国 立 社 会 保 障 ・ 人 口 問 題 研 究 所「 日 本 の 将 来 推 計 人 口( 平 成 241 月 推 計): 出 生 中 位 ・ 死 亡 中 位 推 計 」( 各 年 101 日 現 在 人 口 ), 厚 生 労 働 省 「 人 口 動 態 統 計 」

短 時 間 で の シ フ ト 勤 務 は , 企 業 側 は , 人 材 不 足 が 解 消 で き , 主 婦 ・ パ ー ト タ イ ム 勤 務 者 に と っ て は , 働 き た く て も , 時 間 の 制 約 で 働 く こ と が で き な か っ た 方 が 活 躍 で き る , 労 使 双 方 に メ リ ッ ト が あ る 人 材 活 用 で あ り , 今 後 も 拡 が る こ と が 予 測 さ れ る .

こ う し た 状 況 の も と に よ り 緻 密 な パ ー ト タ イ ム 管 理 が 必 要 に な っ て い る . し か し , パ ー ト タ イ ム の ス タ ッ フ が 中 心 と な る 現 場 で は , フ ル タ イ ム で 働 く ス タ ッ フ の シ フ ト の 考 え 方 に は な い 特 徴 が あ り , そ の ま ま 適 用 す る こ と は で き な い . フ ル タ イ ム 勤 務 者 を 対 象 と す る シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ と は 異 な る 視 点 か ら の シ フ ト 管 理 が 求 め ら れ る .

2.3

コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア

コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア は ,

1970

年 代 に 我 が 国 で 小 売 業 態 の 一 つ と し て ス タ ー ト し て 発 展 を 続 け て い る .

2010

年 は

7.6

兆 円 で あ っ た 売 上 高 が ,

2013

年 に は 約

9.4

兆 円 に 達 す る .

同 時 期 の 百 貨 店 や ス ー パ ー が , 減 少 な い し は 横 ば い で あ っ た こ と と 比 較 す

る と , 小 売 業 全 体 の 中 で の コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の 存 在 感 は 増 し て い る .

小 売 業 に 属 す る 店 舗 数 が 近 年 減 少 し て い る の と は 対 照 的 に , コ ン ビ ニ エ ン

ス ス ト ア は ,売 上 高 ,店 舗 数 と も に 一 貫 し て 増 加 傾 向 に あ る .

2013

年 度 に

(24)

16

お け る コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア の 店 舗 数 は

52,902

店 舗 と , ガ ソ リ ン ス タ ン ド(

34,706

店 )や 郵 便 局(

24,542

店 )よ り も 多 く ,コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア が こ れ ら の 主 要 サ ー ビ ス 提 供 主 体 拠 点 と 同 等 以 上 に , よ り 身 近 に 存 在 す る 店 舗 と な っ て い る こ と が 分 る

[5]

ま た , 小 売 り だ け で な く , 食 品 販 売 か ら 始 ま り 公 共 料 金 の 支 払 い や A T M 設 置 な ど , 利 便 性 を 軸 に , 国 民 の 様 々 な 生 活 ニ ー ズ に 応 え る 形 で 新 た な 商 品 や サ ー ビ ス を 提 供 し 続 け て い る こ と で , 今 や 日 本 経 済 や 国 民 生 活 に 不 可 欠 な 存 在 に な っ て い る .

24

時 間

365

日 営 業 し て い る コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア で は , 常 に 誰 か を 勤 務 さ せ 続 け な く て は な ら な い . 従 来 の

24

時 間 勤 務 は , 消 防 士 や 看 護 師 な ど の よ う に , 厳 密 に 時 間 が 決 め ら れ た 三 交 代 制 勤 務 で あ っ た が , コ ン ビ ニ エ ン ス ス ト ア で は , 「 平 日 の 日 中 の み 」, 「 早 朝 の

2

時 間 の み 」, 「 土 日 の フ ル タ イ ム 」 な ど , 従 業 員 が 勤 務 を 希 望 す る 長 さ も タ イ ミ ン グ も ま ち ま ち で あ る .

管 理 者 は , 従 業 員 そ れ ぞ れ の 雇 用 形 態 を 正 し く 把 握 し , 要 望 を 考 慮 す る 必 要 が あ る .

そ の 一 方 で ,業 務 オ ペ レ ー シ ョ ン の 遂 行 時 間 や 業 務 量 が 時 間 毎 に 異 な り , 繁 忙 時 間 帯 に 適 切 な 人 数 を 配 置 で き る よ う , 全 体 の 人 数 も 最 適 化 し な け れ ば な ら な い .

ス タ ッ フ の シ フ ト 管 理 は , 一 般 的 に , 店 長 な ど の 経 験 者 の 経 験 や 勘 に 頼 っ て 行 わ れ , そ の シ フ ト 勤 務 表 の 作 成 に は , 十 数 時 間 ~ 数 日 か か る こ と も あ る .

コ ン ピ ュ ー タ に よ る 自 動 計 算 が 求 め ら れ る が , 「 日 勤 」, 「 夜 勤 」, 「 準 夜 勤 」 と い っ た 従 来 の フ ル ル タ イ ム 勤 務 パ タ ー ン の よ う に シ フ ト と し て 取 り 扱 う 方 法 で は , 時 間 単 位 の パ ー ト タ イ ム 勤 務 の シ フ ト に 対 応 す る こ と が で き な い . ス タ ッ フ 毎 に , 出 勤 時 間 , 勤 務 時 間 の 長 さ が 異 な り , シ フ ト の 取 り 得 る パ タ ー ン は 膨 大 な 数 に な る た め で あ る .

ま た , 従 来 の パ ー ト タ イ ム 管 理 と は 異 な り , シ フ ト に 応 じ る ス タ ッ フ を 求 め る の で は な く , 働 け る 時 間 に 制 約 の あ る ス タ ッ フ を 活 用 す る こ と を 目 的 と す る 必 要 が あ る .

具 体 的 に は , タ イ ム ウ ィ ン ド ウ ( 勤 務 可 能 時 間 帯 ) 制 約 付 き ス タ ッ フ を

ど の よ う に シ フ ト に 割 り 当 て れ ば , 各 日 ・ 各 時 間 帯 の サ ー ビ ス レ ベ ル ( 必

要 人 数 , ス タ ッ フ の ス キ ル , ペ ア ) を 維 持 す る こ と が で き る か と い う 問 題

を 解 か な け れ ば な ら な い .

(25)

17 2.4

保 育 士

女 性 の 社 会 進 出 を 妨 げ て い る 要 因 と し て , 待 機 児 童 の 問 題 が 注 目 さ れ て い る . 待 機 児 童 と は , 子 ど も を 育 て て い る 人 た ち が 子 ど も を 預 か っ て く れ る 保 育 施 設 に 入 所 希 望 を 出 し て も , そ の 施 設 が 満 員 で 入 所 す る こ と が で き ず 入 所 待 ち の 状 態 に な っ て い る 児 童 の こ と を い う . 厚 生 労 働 省 が

2018

4

11

日 に 発 表 し た

2017

10

月 時 点 の 待 機 児 童 数 は 全 国 に

5

5433

[6]

で あ り , 前 年 同 時 期 よ り

7695

人 多 く ,

3

年 連 続 で 増 加 傾 向 に あ る .

子 ど も を 保 育 施 設 に 預 け て 働 く こ と を 希 望 す る 家 庭 が 増 え て い る た め , 自 治 体 は , 児 童 の 受 け 皿 と な る 保 育 園 を 増 設 し , 対 策 を 進 め て い る が , 保 育 施 設 で 働 く 保 育 士 が 不 足 し て い る . 保 育 の 担 い 手 確 保 が 喫 緊 の 課 題 と な っ て い る .

平 成

29

10

月 の 保 育 士 の 求 人 状 況 を 見 る と , 全 国 の 有 効 求 人 倍 率 は

2.76

倍 倍 と 全 業 種 (

1.56%

) と 比 較 し て , 高 い 水 準 に あ り , 深 刻 な 人 手 不 足 に 陥 っ て い る こ と が わ か る .

保 育 士 不 足 の 要 因 と し て , 保 育 士 の 資 格 を 所 持 し て い る の に 保 育 士 と し て 働 い て い な い , 潜 在 保 育 士 の 問 題 が 挙 げ ら れ る . 平 成

25

年 時 点 の 保 育 士 登 録 者 数 は 約

119

万 人 , 勤 務 者 数 は 約

43

万 人 で あ り , 潜 在 保 育 士 の 数 は 約

76

万 人 に も な る

[7]

保 育 士 養 成 機 関 で 保 育 士 資 格 を 取 得 し て 卒 業 し た 者 の う ち , 約 半 数

48.4%

)は ,保 育 所 に 就 職 し て い な い .ま た ,図

2.4

に 示 す と お り ,保 育 士 資 格 を 有 し な が ら 保 育 士 と し て の 就 職 を 希 望 し な い 求 職 者 の う ち , 半 数 以 上 が 勤 務 年 数 5 年 未 満 で あ り , 早 期 離 職 の 傾 向 も 顕 著 で あ る

[8]

保 育 士 資 格 を 有 す る ハ ロ ー ワ ー ク 求 職 者 の う ち ,約 半 数(

48.5%

)は 保 育 士 と し て の 就 業 を 希 望 し て い な い

[8]

就 業 し て い る 保 育 士 に お け る 現 在 の 職 場 の 改 善 希 望 と し て は , 「 給 与・賞 与 等 の 改 善 」が 6 割(

59.0%

)で ,最 も 多 く ,次 い で「 職 員 数 の 増 員 」 (

40.4%

),

「 事 務 ・ 雑 務 の 軽 減 」(

34.9%

),「 未 消 化 ( 有 給 等 ) 休 暇 の 改 善 」(

31.5%

) な ど , 労 働 条 件 や 職 場 へ の 不 満 の 高 さ が 見 ら れ る

[9]

保 育 施 設 は , 保 護 者 の ニ ー ズ に 応 え る た め に , 早 期 保 育 や 延 長 保 育 な ど に 対 応 を せ ざ る を 得 な い 状 況 に 置 か れ て お り ,長 時 間 労 働 や サ ー ビ ス 残 業・

遅 番 早 番 な ど の 勤 務 体 制 の 変 更 と い っ た 職 場 環 境 の 悪 化 が 要 因 と し て 考 え ら れ る .

保 育 士 の な り 手 を 増 や す た め に は , 保 育 士 の 働 く 職 場 環 境 の 改 善 は 必 須

と い え る .

(26)

18

2.4

保 育 士 と し て の 勤 続 年 数

注 ) 対 象 は , 保 育 資 格 を 有 し な が ら 保 育 士 と し て の 就 職 を 希 望 し な い 求 職 者 の う ち , 保 育 士 と し て の 勤 務 経 験 が あ る も の

出 所 : 厚 生 労 働 省 (2014): 保 育 人 材 確 保 の た め の 『 魅 力 あ る 職 場 づ く り 』 に 向 け て

ま た , 保 育 士 と し て の 就 業 を 希 望 し な い 理 由 と し て , 再 就 職 に 関 す る 項 目 と し て は「 就 業 時 間 が 希 望 と 合 わ な い 」 (

26.5%

)が 最 も 多 く

[8]

,家 庭 の 状 況 な ど に よ り , 就 業 時 間 へ の 配 慮 が 求 め ら れ て い る .

保 育 施 設 の 基 本 勤 務 時 間 は

8

時 間 で あ る が , 延 長 保 育 な ど が あ る た め , 施 設 の 開 設 時 間 に 応 じ て , 早 番 , 中 番 , 遅 番 の

3

交 代 制 の シ フ ト で 対 応 し て い る こ と が 多 い .

認 可 保 育 所 の 保 育 士 数 の 最 低 基 準 は , 児 童 福 祉 法 第

45

条 の 規 定 に 基 づ き , 表

2.1

の と お り に 定 め ら れ て い る

2.1

認 可 保 育 所 の 保 育 士 数 の 最 低 基 準

0

歳 児 お お む ね

3

人 に

1

1,2

歳 児 お お む ね

6

人 に

1

3

歳 児 お お む ね

20

人 に

1

4,5

歳 児 お お む ね

30

人 に

1

こ れ に 加 え て ,「

1, 2

歳 児

5

人 に つ き 保 育 士

1

人 」 な ど , 保 育 の 質 を 保

つ た め 自 主 的 に 厳 し い 基 準 を 設 け て い る 自 治 体 も あ る .

(27)

19

そ の た め , 必 要 な 人 数 の 保 育 士 が 確 保 で き ず , 認 可 保 育 所 が 開 園 で き な い , あ る い は , 園 運 営 に 支 障 を き た し て い る と い う 園 も あ る .

こ う し た 中 , 早 朝 保 育 や 延 長 保 育 な ど に パ ー ト や ア ル バ イ ト の 非 正 規 雇 用 の 保 育 士 を 配 置 す る 保 育 園 が あ る .時 間 外 保 育 を 中 心 に ,

3

4

時 間 だ け の 短 時 間 の シ フ ト を 組 ん で 対 応 す る .

ま た , 保 育 士 の 雇 用 形 態 を そ れ ぞ れ の 保 育 士 の 生 活 環 境 の 変 化 に よ っ て 選 択 で き る よ う に パ ー ト , 短 時 間 正 社 員 , 正 社 員 に 設 定 で き る よ う に す る と い う 方 法 も あ る .

[9]

子 育 て の た め , 正 社 員 か ら パ ー ト へ , 子 ど も の 手 が 離 れ た の で パ ー ト か ら 短 時 間 正 社 員 へ , 親 の 介 護 の た め に 正 社 員 か ら 短 時 間 正 社 員 へ 等 の ケ ー ス を 想 定 し た 働 き 方 に 柔 軟 に 対 応 で き る .

従 来 の 早 番 , 中 番 , 遅 番 を 割 り 当 て る フ ル タ イ ム 勤 務 を 前 提 と し た シ フ ト 管 理 で は な く , パ ー ト や 短 時 間 社 員 の 配 置 を 想 定 し た シ フ ト ス ケ ジ ュ ー リ ン グ 問 題 の 研 究 が 求 め ら れ る .

2.5

ト ラ ッ ク ド ラ イ バ ー

我 が 国 に お け る 貨 物 輸 送 の 中 心 は ト ン キ ロ ベ ー ス で 約

60

% を 占 め る ト ラ ッ ク 輸 送 に 担 わ れ て い る . さ ら に 近 年 は 物 流 ・ ロ ジ ス テ ィ ク ス の 高 度 化 に お い て , 企 業 戦 略 を 展 開 す る う え で も ト ラ ッ ク 輸 送 の 重 要 性 は こ れ ま で 以 上 に 高 ま っ て い る .

し か し な が ら ト ラ ッ ク 運 送 事 業 に 従 事 す る 就 業 者 数 は 約

185

万 人( 平 成

27

年 ) で , こ の う ち ド ラ イ バ ー な ど の 輸 送 ・ 機 械 運 転 従 事 者 は

80

万 人 で あ り ,

2

年 連 続 で 減 少 と な っ て い る .

ま た , ト ラ ッ ク 運 送 業 を 含 む 自 動 車 運 送 事 業 は

40

歳 以 上 の 男 性 労 働 力 に 大 き く 依 存 し て お り ,

40

歳 満 の 若 年 就 業 者 数 は 全 体 の 約

30

% に 過 ぎ な い

[10]

他 方 , 自 動 車 運 送 事 業 に お け る 高 齢 運 転 者 の 事 故 や 長 時 間 労 働 に よ る 過 労 運 転 に よ る 事 故 も , 近 年 , 大 き な 社 会 問 題 と な っ て い る .

我 が 国 で は 自 動 車 運 転 者 の 労 働 の 実 態 を 考 慮 し , 拘 束 時 間 , 休 息 期 間 等 に つ い て 基 準 を 定 め て い る

[11]

1

か 月 の 拘 束 時 間 の 限 度 ,

1

日 の 拘 束 時 間 の 限 度 , 延 長 が 認 め ら れ る 限 度 が 定 め ら れ て い る . ま た , 1 日 の 休 息 期 間 , 1 日 の 運 転 時 間 に つ い て も 限 度 が 定 め ら れ て い る .

運 行 管 理 者 は 運 転 者 の 勤 務 状 況 を 把 握 し た う え で ,労 働 基 準 法 に 従 っ て ,

日 次 , 週 次 , 月 次 , 年 次 レ ベ ル の 労 働 時 間 , 拘 束 時 間 を 考 慮 し , 運 行 計 画

図 1.1 各 章 の 役 割
図 3.1 先 行 研 究 の 状 況
図 3.4 SGA の ア ル ゴ リ ズ ム フ ロ ー
図 3.6 PfGA の ア ル ゴ リ ズ ム フ ロ ー
+7

参照

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