shift-conflict-ai

概要

従業員の勤務条件とシフト枠を登録すると、全部の条件を満たす割り当てを制約充足ソルバー(OR-Tools CP-SAT)が探すWebアプリ。全1画面。

このアプリの本体は「シフトを組む」ことではなく、組めなかったときの返し方にある。条件同士が矛盾していて解が存在しない場合、ふつうのツールは「作成できません」で止まる。このアプリは「この3つの条件は同時には満たせません」と矛盾の当事者だけを名指しし、そのうち1つを外して計算し直して、本当に解けることを確認してから出す。

なぜ作ったか

小さな店のシフトが組めないとき、原因は「人が足りない」ではなく「条件同士が噛み合っていない」ことが多い。金曜の閉め作業と土曜の開店作業を任せられるのが1人しかいなければ、その人の休息時間は自動的に10時間になる。最低休息を11時間と決めている限り、この2枠は永久に埋まらない。人数を増やしても、鍵を任せられる人が増えなければ解決しない。

紙とエクセルでこれを詰めるのは、組み合わせが指数的に増えるので人間には向いていない。 そして「どこが悪いのか」が分からないまま、店長が毎月数時間かけて総当たりで探すことになる。

そこで、解けるシフトを出すことよりも「なぜ解けないかを、条件の名前で言い当てること」を中心に据えた。

CP-SATには、制約を「仮定(assumption)」として渡すと、矛盾したときに同時には成立し得ない仮定の組(UNSATコア)を返す機能がある。このアプリは緩められる条件(各枠の必要人数、各人の週上限時間・連勤上限・最低休息)をすべて仮定として渡しているので、返ってくる矛盾の原因は推測でも当てずっぽうでもなく、ソルバーが計算した結果そのものになる。

さらに「1つ緩めれば解ける」と言うだけでは信用できないので、実際にその条件を外してもう一度解き直し、解が出たことを確認してから画面に出している。

どういう場面で使うか

飲食店・小売など、数名〜十数名のスタッフを週単位で回している店の、翌週分のシフトを作る場面。

条件を入れて「スケジュールを作成」を押す。組めれば割り当て表がそのまま出る
組めなければ、原因になっている条件だけが3〜4行で出る。「誰かの何かがまずい」ではなく「金曜18-22時の開閉店」「土曜8-12時の開閉店」「田中さんの最低休息11時間」と具体名で出る
そこで店長が決める。休息を10時間にするのか、その日は閉め作業を別の人に覚えてもらうのか、土曜の開店を9時にするのか。 判断は人がやる
条件を1つ直してもう一度押すと、今度は全枠が埋まった表が出る

判断そのものは代行しない。労働条件を緩めるかどうかは経営判断であり、画面上部にも「本ツールは労務管理の意思決定を支援するものであり、労働基準法などの法令適合を保証するものではありません」と明記してある。

自動化されているポイント

矛盾している条件の特定 — 解けないとき、原因になっている条件の組をソルバーが計算して返す。総当たりで探す作業がなくなる
緩和案の再検証 — 「その条件を外せば解ける」を主張する前に、実際に外して解き直し、解が出たことを確認している。確認できなければ「これだけ緩めても解けませんでした」と正直に出す
できない組み合わせを最初から作らない — スキルを持たない人、その曜日に出られない人は、そもそも割り当ての候補に入れない(緩められない事実として扱う)
同時刻の二重予約の禁止 — 時間帯が重なる2枠に同じ人を入れない。これは緩和対象にしていない(物理的に不可能なため)
勤務間インターバルの自動判定 — 前日の終業時刻と翌日の始業時刻から休息時間を計算し、足りない組み合わせを自動で排除する
計算結果の自動保存 — 実行のたびに入力・結果・緩和案をまるごと1件として保存する。直近20件を後から参照できる
10秒の打ち切り — 解が見つからないまま計算が伸び続けないよう、上限を設けている

使い方(画面の流れ)

①従業員の勤務条件と、埋めたいシフト枠を登録する。

従業員とシフト枠の登録画面(架空データ)

左が従業員。スキル・週の上限時間・最低休息時間・連勤上限・出られない曜日を1人ずつ入れる。右がシフト枠で、曜日・時間帯・必要なスキル・必要人数を入れる。画面はこの1枚だけで、登録も実行も結果もここに出る。

②「スケジュールを作成」を押す。条件が矛盾していると、原因になっている条件だけが名指しで出る。

矛盾の原因と緩和案が出た状態(架空データ)

この例では「金曜18:00-22:00(開閉店)の必要人数1人」「土曜08:00-12:00(開閉店)の必要人数1人」「田中けんじさんの最低休息11時間」の3つが挙がっている。開閉店を任せられるのが田中さん1人しかいないため、金曜の閉めから土曜の開店までが10時間になり、最低休息11時間と両立しない。人数の話ではなく、この3つが同時に立たないという話であることが読み取れる。

下の緑の枠が緩和案。3つのうち1つを外して計算し直した結果が入っており、「解けると言っているだけ」ではないことを示している。なお、緩和で外れた開閉店の2枠は緩和案の表には現れない(必要人数を満たす条件そのものを外しているため)。埋まらない枠がどれかも、そこから分かる。

③条件を1つ緩めて、もう一度押す。今度は全枠が埋まる。

全条件を満たす割当が出た状態(架空データ)

田中さんの最低休息を11時間から10時間に変えて再実行した結果。12枠すべてに担当が付き、金曜の閉めと土曜の開店も田中さんで埋まっている。提示された条件を人が判断して直すと、そのまま答えになるという流れ。

④スマホでも同じ内容が読める。

スマホで矛盾の説明を見た状態(架空データ)

矛盾している条件と緩和案は、店の現場でその場で確認することが多い情報なので、狭い画面でも折り返して読めるようにしてある(専用のモバイル用レイアウトは作っていない)。

訴求ポイント

「解けません」で終わらせないことが、このアプリの全部。競合のシフト作成ツールは自動生成の精度を売りにするが、現場で本当に困るのは組めなかったときで、そこで手が止まる。原因を条件名で言い当てるところまで踏み込んでいる製品は少ない
提示している原因は推測ではない。CP-SATのUNSATコアをそのまま人の言葉に直しているだけで、AIが「たぶんこれが原因です」と当てているのではない。同じ入力なら同じ答えが出るし、根拠を説明できる
「緩めれば解ける」を言い切る前に解き直している。提案が実際に成立するかを毎回検算しているので、言われたとおりに直したのに解けない、が起きない
判断を代行しない設計。休息時間を削るかどうかは経営判断であり、免責も画面に出している。労務系のツールで最も事故になりやすい「ソフトが法令適合を保証しているように見える」状態を避けている
計算部分は他の用途に流用できる。人・時間帯・スキル・上限という形の割り当て問題(訪問介護の巡回、点検の人員配置、講師の時間割)は同じ骨格で扱える

現時点でやっていないこと

本番デプロイ(現時点ではローカル起動のみ)。ソルバーがPythonの子プロセスなので、Vercelにそのまま載せられない。公開するならソルバーを別サービスに出し、DBをSQLiteからPostgresに移す必要がある
ログイン・利用者の区別。認証が一切ないので、今の形のまま公開すると誰でも他人のデータを見て消せる
週をまたぐ判定。休息時間は同じ週の隣り合う曜日のみを見ており、土曜→日曜はまたがない。連勤も日曜〜土曜の固定窓で数えている。複数週にわたる本番運用ではここが足りない
「なるべく公平に」といった希望条件。DBには希望条件(soft制約)の置き場と重みを用意してあるが、実際の計算にはまだ使っていない。今は満たすか満たさないかの条件だけを扱う
日付ではなく曜日で扱っている。祝日・特定日の増員といった、実際の日付が要る話は対象外
文字コードの取り回し。ソルバーの出力に日本語が含まれるため、PYTHONIOENCODING=utf-8 を設定せずに起動すると、矛盾した条件の説明が文字化けする(起動側で吸収しており、アプリ側では未対応)