設計支援装置および設計支援方法
【課題】配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援すること。
【解決手段】設計支援装置１は、設計データ１１を構成する各機器に対して、レイアウトデータと確定度とを対応づけて記憶手段に格納する設計データ入力部２１と、設計データ１１の各機器について、機器間でのレイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部２４と、設計衝突検出部２４により衝突が検出された機器群について、対応づけられている確定度が低い順に機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、設計データ１１のレイアウトデータを変更する設計調整部２５と、を有する。
【解決手段】設計支援装置１は、設計データ１１を構成する各機器に対して、レイアウトデータと確定度とを対応づけて記憶手段に格納する設計データ入力部２１と、設計データ１１の各機器について、機器間でのレイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部２４と、設計衝突検出部２４により衝突が検出された機器群について、対応づけられている確定度が低い順に機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、設計データ１１のレイアウトデータを変更する設計調整部２５と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計支援装置および設計支援方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどのレイアウトを設計する上で、そのレイアウトの構成要素（例えば化学プラントでは、化学装置やその装置間の配管）を段階的に意志決定していく手法がとられることが多い。段階的な意志決定とは、例えば、「装置Ａの配置は確定しているが、装置Ｂの配置は不確定である」などの確定部分と不確定部分とが混在した設計データについて、不確定部分を徐々に確定部分へと置き換えていくことを指す。
【０００３】
このような段階的な意志決定をコンピュータ上での設計作業で実現するため、レイアウトを示す設計データに対して、付加情報としての確定度合いの入力を受け付けるシステムが、開示されている。
例えば、特許文献１には、「〜自己が決定した又は変更した設計項目を前記データベースに格納する際に当該設計項目が少なくとも確定情報か否かを示す指標を付して格納することを特徴とするプラント統合設計システム」と記載されている。
一方、非特許文献１には、「〜あらかじめ定められた時間の枠内で設計を行うことを考えた場合、広範囲な内容についての大域的な設計を進める上では忠実度の低い知識が有用である一方で、設計解の精度を保証するためには部分に関する忠実度の高い知識が不可欠となるということになる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９７１１６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤田 喜久夫、菊池 慎市 “大規模なシステム設計プロセスにおける分散協調処理の形式についての考察”,第１８回設計シンポジウム, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
装置や配管などの構成要素を配置するレイアウト設計においては、一度確定した後でも、その配置をやり直すことも多い。やり直す要因として、レイアウト設計の物理的制約が挙げられる。例えば、装置Ａと装置Ｂの位置を確定し、その両装置を接続する配管を最短距離で接続した場合、その接続経路上に別の装置Ｃが存在しているときには、配管と装置Ｃとが衝突してしまうため、配管を装置Ｃから迂回させなくてはいけない。つまり、一度確定した配管の経路を未確定に戻し、再度確定する必要がある。
【０００７】
よって、レイアウト設計では、その構成要素が全て確定した状態、かつ、その構成要素間が互いに併存している（衝突していない）状態にするまで、構成要素の確定や衝突の検証などを試行錯誤で進めていく必要がある。しかし、このような試行錯誤の設計作業を支援するという観点からは、従来技術（特許文献１、非特許文献１など）では不充分である。なぜなら、単に構成要素ごとの確定情報を自己申告で付加するだけでは、設計者にとって、どの構成要素から順に確定させていけばいいかといった効率的な設計指針が示されないためである。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置であって、
前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の確定度とを記憶手段に格納する設計データ入力部と、
前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部と、
前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更する設計調整部と、を有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に関する設計支援システムを示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する設計支援システムによる設計支援処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に関する設計データおよび設計データ入力部を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に関する関連データおよび関連データ入力部を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に関する確定度整合部を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に関する設計衝突検出部および設計調整部を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に関する設計データの作成完了処理を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に関する設計データ評価部を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に関するＱＥ（Quantifier Elimination）処理部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、各図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、設計支援システムを示す構成図である。設計支援システムは、設計支援装置１が、インタフェースである入力装置８（キーボードやマウスなど）および表示装置９（ディスプレイ）と接続されて構成される。
設計支援装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとハードディスク（記憶手段）とネットワークインタフェースを有するコンピュータとして構成され、このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各処理部を動作させる。
【００１４】
設計支援装置１は、設計データ１１と、関連データ１２と、設計データ入力部２１と、関連データ入力部２２と、確定度整合部２３と、設計衝突検出部２４と、設計調整部２５と、設計データ評価部３１と、ＱＥ処理部３２とを含めて構成される。
【００１５】
設計データ１１は、レイアウト設計における機器とその間を結ぶ配管（配線）の位置データ（図３参照）であり、かつ、配置を段階的に確定していくために、各機器ごとにその確定度を対応づけるデータである（詳細は、後記する表１参照）。なお、以下では、設計データ１１の一例として、火力、化学、原子力などのプラント設計用データを例示する。
設計データ入力部２１は、入力装置８を介して、設計データ１１（レイアウトデータおよび確定度）の入力を受け付ける。
【００１６】
関連データ１２は、設計データ１１の構成要素ごとに、その構成要素と別の構成要素との関連を示すデータである（図４参照）。この関連データ１２は、構成要素Ａが不確定のときに、関連データ１２において構成要素Ａと関連する構成要素Ｂも不確定に変更する、などの設計データ１１における確定度の波及処理に使用されるデータである。
関連データ入力部２２は、入力装置８を介して、関連データ１２の入力を受け付ける。
確定度整合部２３は、関連データ１２を参照して、設計データ１１の確定度の波及処理を実施する。
【００１７】
設計衝突検出部２４は、設計データ１１に対して、設計制約（物理的な衝突など）に違反した構成要素を検出する。衝突とは、設計データ１１の複数の構成要素の配置に重複が存在することである。
設計調整部２５は、設計衝突検出部２４が検出した衝突を調整する。そのため、設計調整部２５は、設計データ１１内の衝突した複数の構成要素について、その構成要素に対応する確定度が低いものから順に（優先的に）、衝突した構成要素を回避する（衝突を解消する）ように迂回移動する。また、設計調整部２５は、物理的な衝突以外の設計制約に対しては、その設計制約を満たすように、確定度が低いものから順に設計データ１１を変更する。
【００１８】
設計データ評価部３１は、設計データ１１の完成度を評価して出力する（図８参照）。
ＱＥ処理部３２は、設計衝突検出部２４から呼び出される処理部であり、設計データ１１内の設計制約を多変数多項式不等式系(multivariate polynomial inequalities：ＭＰＩ)として表現したとき、その式を解くことで設計衝突（設計矛盾ともいえる）を検出する。ＱＥの詳細は、例えば、文献「穴井 宏和 “Quantifier Elimination -アルゴリズム・実装・応用-”,数式処理 vol.10,No.3,pp. 3-10.」に記載されている。
【００１９】
図２（ａ）は、設計支援処理のメインルーチンを示す。このメインルーチンは、図示ではＳ１１〜Ｓ１６の順に実行することとなっているが、この実行順序はあくまで一例であり、例えば、Ｓ１１〜Ｓ１６の各処理ごとの起動ボタンが列挙された統合ＧＵＩ（Graphical User Interface）に対して、マウスのクリックを受け付けると、そのクリックされたボタンの処理を実行することとしてもよい。
【００２０】
Ｓ１１として、設計データ入力部２１は、設計データ１１の入力を受け付ける（詳細は、図３（ｂ）を参照）。なお、設計データ１１のうちのレイアウトデータについては、ＣＡＤ（Computer Aided Design）ツールなどで、白紙の設計データ１１から徐々に構成要素を増やしていってもよいし、過去の類似設計された設計データ１１をコピーして、そのコピーに対する修正作業として、設計データ１１を作成してもよい。一方、設計データ１１のうちの確定度データについては、過去の確定度データを流用せずに、今回の設計データ１１の確定度を全て不確定の状態から開始することが望ましい。
【００２１】
Ｓ１２として、関連データ入力部２２は、関連データ１２の入力を受け付ける（詳細は、図４を参照）。
Ｓ１３として、確定度整合部２３は、Ｓ１２の関連データ１２をもとに、Ｓ１１の設計データ１１の確定度を整合する波及処理を実行する（詳細は、図５を参照）。
Ｓ１４として、設計衝突検出部２４は、Ｓ１１の設計データ１１について、その構成要素間での衝突を検出し、その検出した構成要素をリストアップする（詳細は、図６（ａ）を参照）。
Ｓ１５として、設計衝突検出部２４は、Ｓ１１の設計データ１１について、その構成要素が全て確定し、かつ、Ｓ１４で衝突が検出されなかった（換言すると、設計データ１１が完成した）か否かを判定する。Ｓ１５でＹｅｓなら処理を終了し、ＮｏならＳ１６へ進む。
Ｓ１６として、設計調整部２５は、Ｓ１４で衝突が検出された構成要素に対して、構成要素ごとに調整することで、衝突の解消を試みる。
【００２２】
図２（ｂ）は、設計支援処理のサブルーチン（Ｓ１６の詳細）を示す。Ｓ１６で説明したように、この図２（ｂ）の動作主体は設計調整部２５であるので、図２（ｂ）の個々のステップでの動作主体の記載は、省略する。
【００２３】
Ｓ１０１として、Ｓ１４でリストアップされた構成要素から、確定度が低い順に（後記する「−」に該当する）、未選択の回避候補機器を１つ選択する。
Ｓ１０２として、Ｓ１０１で選択する回避候補機器が存在するか否かを判定する。Ｓ１０２でＹｅｓならＳ１０３へ進む。一方、Ｓ１０２でＮｏである場合、つまり、回避候補機器が存在しない場合（換言すると、迂回できる機器が存在しない場合）、これ以上設計データ１１のレイアウト移動ができないことになり、「衝突解消失敗」を示すメッセージを表示装置９に表示することで、ユーザに通知する（Ｓ１１１）。
このユーザの通知においては、Ｓ１４でリストアップされた構成要素群を併せてユーザに通知することで、Ｓ１１の設計データ１１の再入力（衝突した構成要素を「確定」から「不確定」に戻す）を促す。
【００２４】
Ｓ１０３として、回避候補機器の衝突を回避するために、回避候補機器を衝突対象から迂回させるように移動するなどの衝突解消処理を実行する（詳細は、図６（ｂ）参照）。
Ｓ１０４として、Ｓ１０３の結果として、Ｓ１４でリストアップされた構成要素すべての衝突が解消されたか否かを判定する。Ｓ１０４でＹｅｓなら、「衝突解消成功」の旨を表示装置９に表示する（Ｓ１１２）とともに、Ｓ１０３で衝突解消処理を実行した構成要素群も表示することで、ユーザに通知する。Ｓ１０４でＮｏなら、Ｓ１０１に戻る。
なお、Ｓ１１２の衝突解消した構成要素の表示だけでなく、その表示された構成要素に対して、Ｓ１１の設計データ１１の再入力（確定度を「不確定」を示す「−」から「確定」を示す「○」に変更するための入力）を促してもよい。
【００２５】
図３は、Ｓ１１で説明した設計データ１１および設計データ入力部２１を示す説明図である。図３（ａ）は、設計データ１１（初期に入力されたデータ）の一例として、機器や配管を配置する部屋内のレイアウトを２次元で（天井から見たように）示す。
図３（ａ）では、６つの機器（装置Ｍ１〜装置Ｍ６）が、６つの配管（配管Ｐ１〜配管Ｐ６）でそれぞれ接続されている。例えば、装置Ｍ１は、配管Ｐ５を介して、装置Ｍ４と接続されている。
【００２６】
そして、これらの設計データ１１を構成する機器と配管の図示について、説明をわかりやすくするため、図３（ａ）の右側で示すように、以下のルールを適用する。
・位置（重心座標）が確定している機器については、その機器ＩＤだけを機器を示す四角形のアイコン内部に表記する（例えば、装置Ｍ１、装置Ｍ６）。一方、位置が確定していない機器については、その機器ＩＤの前に、不確定を示す「？？」を四角形のアイコン内部に表記する（例えば、装置Ｍ２、装置Ｍ３）。
・形状（縦横の長さなどの外形寸法）が確定している機器については、その機器を示す四角形のアイコンの外枠を実線太線で表記する（例えば、装置Ｍ１、装置Ｍ２）。一方、形状が確定していない機器については、その機器を示す四角形のアイコンの外枠を破線細線で表記する（例えば、装置Ｍ３、装置Ｍ６）。
・配管の位置が確定しているときには、その配管の経路を実線で表記し、配管の位置が確定していないときには、その配管の経路を破線で表記する。なお、本実施形態では、配管の形状（太さなど）は全て確定している例を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１は、図３（ａ）の設計データ１１を設計支援装置１内の記憶手段に格納するときの表形式で示したものである。設計データ１１は、機器ＩＤと、機器種別と、機器形状と、形状確定度と、機器位置と、位置確定度とを対応づけて構成される。
機器ＩＤは、６つの機器（装置Ｍ１〜装置Ｍ６）や６つの配管（配管Ｐ１〜配管Ｐ６）を特定するための識別子である。本実施形態では、機器ＩＤの先頭のアルファベットとして、機器を示すＭ（Machine）と、配管を示すＰ（Pipe）とを用いている。
機器種別は、機器ＩＤで示す機器の種別として、装置か配管かを示すデータである。
【００２９】
機器形状は、機器のレイアウトデータとしての形状データであり、装置ならその四角形の縦と横の寸法、配管ならその太さを示す。
形状確定度は、対応する機器形状の確定度を示す。
機器位置は、機器のレイアウトデータとしての位置データであり、装置ならその重心座標、配管ならその経路を示す折れ線の頂点集合を、それぞれ（ｘ，ｙ）座標表記で示す。
位置確定度は、対応する機器位置の確定度を示す。つまり、図３（ａ）で説明したように、１つの機器に対する確定度は、形状確定度と位置確定度とが別々に存在する。
【００３０】
図３（ｂ）は、設計データ入力部２１の構成例として、図３（ａ）や表１の設計データ１１を入力する画面を示す。この入力画面は、設計を行うＣＡＤのアドオン機能として埋め込まれる。設計データ入力部２１は、左側のレイアウト入力画面でクリックされた機器（例えば、装置Ｍ３）の詳細情報を、右側のメニュー画面から入力させる。
メニュー画面において、機器の形状確定度および位置確定度はそれぞれ２値（確定または不確定）であるため、択一的なラジオボタンでいずれかを選択させる。一方、機器のレイアウト（機器形状、機器位置）は、それぞれ（ｘ，ｙ）座標として数値入力させる。
一方、設計データ入力部２１の別の構成例として、表１の設計データ１１をＧＵＩで表示して、プルダウンメニューなどで表の各データを個々に入力させてもよい。
【００３１】
図４は、Ｓ１２で説明した関連データ１２および関連データ入力部２２を示す説明図である。
関連データ１２は、無向グラフで示される。この無向グラフでは、機器と直接接続している配管が相互に関連していると規定している。これは、機器の大きさや位置が移動すれば、配管の始点、終点が変更になり、配管の配置位置が変更となる可能性があるためである。
関連データ入力部２２は、関連データ１２を入力させる方法として、手動入力（機器ＩＤが記載されたアイコンをＧＵＩ上で配置し、相互に関連するものをユーザに線で接続させる）としてもよいし、図３（ａ）の設計データ１１から、配管を示すリンクを辿ることによって、自動抽出してもよい。また、自動抽出した無向グラフを、ＧＵＩによってユーザに適宜編集させてもよい。
【００３２】
図５は、Ｓ１３で説明した確定度整合部２３を示す説明図である。
まず、確定度整合部２３は、図３（ａ）の設計データ１１の状態から、関連データ１２を辿ることによって、確定度が整合した図５（ａ）の設計データ１１を作成する。つまり、確定度整合部２３は、形状確定度および位置確定度のうちの少なくとも１つの確定度が「−」である設計データ１１の装置（例えば、装置Ｍ３）を検出すると、関連データ１２からその検出した装置Ｍ３に直接接続されている配管Ｐ１，Ｐ６を特定し、その特定した配管Ｐ１，Ｐ６の位置確定度を「−」へと変更（換言すると、装置Ｍ３の確定度を波及）させる。同様に、確定度整合部２３は、不確定な装置Ｍ２に直接接続されている配管Ｐ２，Ｐ３にも、確定度を波及させる。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２は、図５（ａ）の設計データ１１を表形式で示したものである。この設計データ１１のうちの今回確定度整合部２３によって変更されたデータについて、そのデータの末尾に更新を示す「！」を付記している（例えば、Ｐ１の位置確定度）。以下、本実施形態の表において、直前の状態から変更されたデータの末尾には、「！」を付記する。
【００３５】
【表３】
【００３６】
次に、設計データ入力部２１は、ユーザから装置Ｍ３の位置および形状を確定する旨の入力を受け付けると（「−」から「○」への変更）、確定度整合部２３は、図５（ｂ）や表３の設計データ１１に示すように、装置Ｍ３の確定度を、周囲の配管Ｐ１，Ｐ６に波及させる。
【００３７】
【表４】
【００３８】
図６は、Ｓ１４で説明した設計衝突検出部２４、および、Ｓ１６で説明した設計調整部２５を示す説明図である。まず、図６（ａ）や表４の設計データ１１に示すように、設計データ入力部２１が、装置Ｍ６の機器形状と機器位置とを変更すると、設計衝突検出部２４は、その変更に伴い、配管Ｐ２の経路との衝突を検出する（Ｓ１４）。
【００３９】
【表５】
【００４０】
次に、図６（ｂ）や表５の設計データ１１に示すように、設計調整部２５は、確定された装置Ｍ６はそのままに、位置確定度が「−」である配管Ｐ２の経路（機器位置）を、装置Ｍ６から迂回するように移動させる（Ｓ１０３）。なお、経路を迂回させる具体的な計算手法については、例えば、文献「Hart, P. E.; Nilsson, N. J. Raphael, B. ： 「A Formal Basis for the Heuristic Determination of Minimum Cost Paths」. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics SSC4 (2), pp. 100-107(1968).」に記載された手法により実現可能である。これにより、装置Ｍ６と配管Ｐ２とが併存した（衝突のない）配置が生成される。
【００４１】
【表６】
【００４２】
図７は、設計データの作成完了処理を示す説明図である。
ユーザは、設計データ入力部２１を介して、図６（ｂ）の状態から、さらに、装置Ｍ２の位置確定度を「○」にする（図７（ａ）の状態）。
すると、関連データ入力部２２は、関連データ１２を参照して、装置Ｍ２の位置確定度を、周囲の配管Ｐ２，Ｐ３へと波及させる（図７（ｂ）の状態）。表６は、図７（ｂ）の状態に対応する表形式の設計データ１１である。これにより、すべての設計項目が「○」で、かつ併存した設計が完了する（Ｓ１５，Ｙｅｓに分岐する状態）。
【００４３】
図８は、設計データ評価部３１を示す説明図である。この設計データ評価部３１の処理は、統合ＧＵＩなどから起動される。図８では、時系列の設計データ１１の完成度合いを、３つのグラフ（データ入力率、データ確定率、データ整合率）でそれぞれ並べて表示したものであり、この３つのグラフは設計データ評価部３１によって作成される。なお、設計データ評価部３１は、３つのグラフの全てを作成しなくてもよく、１つ以上のグラフを作成すればよい。
【００４４】
データ入力率とは、設計データ１１におけるレイアウトデータ（機器形状、機器位置）の入力度合いを示す指標である。データ入力率は、（入力されたレイアウトデータのセル数）／（存在するレイアウトデータのセル数）×１００％として計算され、表１では、２４／２４＝１００％である。なお、１００段階評価（０〜１００％）でなく、５段階評価（０〜５）としてもよい。
【００４５】
データ確定率とは、設計データ１１における機器ごとの確定度合いを示す指標である。データ確定率は、（「○」が入力された確定度のセル数）／（存在する確定度のセル数）×１００％として計算され、表１では、２０／２４＝８３％である。
【００４６】
データ整合率とは、設計データ１１における設計衝突検出部２４がＳ１４で検出した衝突が発生した機器の度合いを示す指標である。データ整合率は、（衝突が発生していない機器の数）／（存在する機器の数）×１００％として計算され、図６（ａ）では、２２／２４＝９２％である。
【００４７】
ユーザは、図８の設計データ評価部３１の出力画面を参照することで、以下のように設計データ１１の作成の進捗状況を詳しく知ることができる。
時刻ｔ１において、レイアウトデータの入力が１００％で完了している。このように、レイアウトデータの入力度合いを参照しただけでは、確定作業や整合作業の進捗度合いはわからない。
時刻ｔ２において、時刻ｔ１よりも、データ確定率が低下している。これは、図３（ｂ）→図５（ａ）のように、確定度整合部２３が確定度「−」を波及させたためである。
時刻ｔ３，ｔ４において、段階的にデータ確定率が向上している。これは、図５（ａ）→図５（ｂ）のように、設計データ入力部２１での確定度「○」が入力されたり、その確定度「○」が確定度整合部２３により波及されたりしたためである。
時刻ｔ５において、データ整合率が低下している。これは、図６（ａ）のように、設計衝突検出部２４が衝突を検出したためである。
時刻ｔ６において、データ整合率が向上している。これは、図６（ｂ）のように、設計調整部２５が衝突を回避したためである。
【００４８】
【数１】
【００４９】
図９は、ＱＥ処理部３２を示す説明図である。設計データ１１が制御系のデータや水車の翼の曲面形状データであるときには、その関連データ１２が（式１）や（式２）のような、設計データ１１の設計項目を変数とした制約式として数式表現される。ここで、Ｘｎはｎ番目の設計項目値を示し、ｚは限定記号用の変数である。
【００５０】
ＱＥ処理部３２は、ＱＥ手法によって実行可能解の有無、および、解の可能領域を求め、その結果を図９（ａ）のように表示する。ＱＥ処理部３２は、図９（ｂ）に示したような入力画面によって、既に確定した値を式に代入して（例えば、値設定欄の「22.4」）、その他の不確定な変数の、設計可能解を表示する。
その際、視認性の観点から、グラフ表示する変数をユーザが選択する（グラフ表示「○」が指定された不確定変数を、図９（ａ）で表示する）。一方、グラフ表示「○」が指定されなかった変数については、残りの変数の実行可能解の範囲がもっとも広い範囲にデフォルト設定する。
設計者は、図９（ａ）のグラフを見ながら、実行可能解の範囲（（式１）および（式２）をともに満たす衝突回避解の集合）で、設計データ１１を順次設定する。一方、衝突回避解の集合が表示されなかったときには、設計データ１１に衝突（矛盾）が発生しているので、一度確定した値を不確定へと戻す必要がある。
【００５１】
以上説明した本実施形態により、設計データ入力部２１により設計データ１１が変更されたときには、確定度整合部２３は、関連データ１２を参照して、変更された確定度を波及させる。さらに、設計衝突検出部２４は、設計データ１１内の衝突を検出し、設計調整部２５はその検出した衝突を解消するように設計データ１１を修正する。
【００５２】
これにより、設計データ１１内の構成要素間の確定度の不整合や、構成要素間の設計制約上の不都合を早期にユーザが知ることができるので、修正作業が少なくて済む。よって、設計での後戻りを減らすことで、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 設計支援装置
８ 入力装置
９ 表示装置
１１ 設計データ
１２ 関連データ
２１ 設計データ入力部
２２ 関連データ入力部
２３ 確定度整合部
２４ 設計衝突検出部
２５ 設計調整部
３１ 設計データ評価部
３２ ＱＥ処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設計支援装置および設計支援方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどのレイアウトを設計する上で、そのレイアウトの構成要素（例えば化学プラントでは、化学装置やその装置間の配管）を段階的に意志決定していく手法がとられることが多い。段階的な意志決定とは、例えば、「装置Ａの配置は確定しているが、装置Ｂの配置は不確定である」などの確定部分と不確定部分とが混在した設計データについて、不確定部分を徐々に確定部分へと置き換えていくことを指す。
【０００３】
このような段階的な意志決定をコンピュータ上での設計作業で実現するため、レイアウトを示す設計データに対して、付加情報としての確定度合いの入力を受け付けるシステムが、開示されている。
例えば、特許文献１には、「〜自己が決定した又は変更した設計項目を前記データベースに格納する際に当該設計項目が少なくとも確定情報か否かを示す指標を付して格納することを特徴とするプラント統合設計システム」と記載されている。
一方、非特許文献１には、「〜あらかじめ定められた時間の枠内で設計を行うことを考えた場合、広範囲な内容についての大域的な設計を進める上では忠実度の低い知識が有用である一方で、設計解の精度を保証するためには部分に関する忠実度の高い知識が不可欠となるということになる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９７１１６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤田 喜久夫、菊池 慎市 “大規模なシステム設計プロセスにおける分散協調処理の形式についての考察”,第１８回設計シンポジウム, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
装置や配管などの構成要素を配置するレイアウト設計においては、一度確定した後でも、その配置をやり直すことも多い。やり直す要因として、レイアウト設計の物理的制約が挙げられる。例えば、装置Ａと装置Ｂの位置を確定し、その両装置を接続する配管を最短距離で接続した場合、その接続経路上に別の装置Ｃが存在しているときには、配管と装置Ｃとが衝突してしまうため、配管を装置Ｃから迂回させなくてはいけない。つまり、一度確定した配管の経路を未確定に戻し、再度確定する必要がある。
【０００７】
よって、レイアウト設計では、その構成要素が全て確定した状態、かつ、その構成要素間が互いに併存している（衝突していない）状態にするまで、構成要素の確定や衝突の検証などを試行錯誤で進めていく必要がある。しかし、このような試行錯誤の設計作業を支援するという観点からは、従来技術（特許文献１、非特許文献１など）では不充分である。なぜなら、単に構成要素ごとの確定情報を自己申告で付加するだけでは、設計者にとって、どの構成要素から順に確定させていけばいいかといった効率的な設計指針が示されないためである。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した問題を解決し、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置であって、
前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の確定度とを記憶手段に格納する設計データ入力部と、
前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部と、
前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更する設計調整部と、を有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に関する設計支援システムを示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する設計支援システムによる設計支援処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に関する設計データおよび設計データ入力部を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に関する関連データおよび関連データ入力部を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に関する確定度整合部を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に関する設計衝突検出部および設計調整部を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に関する設計データの作成完了処理を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に関する設計データ評価部を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に関するＱＥ（Quantifier Elimination）処理部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、各図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、設計支援システムを示す構成図である。設計支援システムは、設計支援装置１が、インタフェースである入力装置８（キーボードやマウスなど）および表示装置９（ディスプレイ）と接続されて構成される。
設計支援装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとハードディスク（記憶手段）とネットワークインタフェースを有するコンピュータとして構成され、このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各処理部を動作させる。
【００１４】
設計支援装置１は、設計データ１１と、関連データ１２と、設計データ入力部２１と、関連データ入力部２２と、確定度整合部２３と、設計衝突検出部２４と、設計調整部２５と、設計データ評価部３１と、ＱＥ処理部３２とを含めて構成される。
【００１５】
設計データ１１は、レイアウト設計における機器とその間を結ぶ配管（配線）の位置データ（図３参照）であり、かつ、配置を段階的に確定していくために、各機器ごとにその確定度を対応づけるデータである（詳細は、後記する表１参照）。なお、以下では、設計データ１１の一例として、火力、化学、原子力などのプラント設計用データを例示する。
設計データ入力部２１は、入力装置８を介して、設計データ１１（レイアウトデータおよび確定度）の入力を受け付ける。
【００１６】
関連データ１２は、設計データ１１の構成要素ごとに、その構成要素と別の構成要素との関連を示すデータである（図４参照）。この関連データ１２は、構成要素Ａが不確定のときに、関連データ１２において構成要素Ａと関連する構成要素Ｂも不確定に変更する、などの設計データ１１における確定度の波及処理に使用されるデータである。
関連データ入力部２２は、入力装置８を介して、関連データ１２の入力を受け付ける。
確定度整合部２３は、関連データ１２を参照して、設計データ１１の確定度の波及処理を実施する。
【００１７】
設計衝突検出部２４は、設計データ１１に対して、設計制約（物理的な衝突など）に違反した構成要素を検出する。衝突とは、設計データ１１の複数の構成要素の配置に重複が存在することである。
設計調整部２５は、設計衝突検出部２４が検出した衝突を調整する。そのため、設計調整部２５は、設計データ１１内の衝突した複数の構成要素について、その構成要素に対応する確定度が低いものから順に（優先的に）、衝突した構成要素を回避する（衝突を解消する）ように迂回移動する。また、設計調整部２５は、物理的な衝突以外の設計制約に対しては、その設計制約を満たすように、確定度が低いものから順に設計データ１１を変更する。
【００１８】
設計データ評価部３１は、設計データ１１の完成度を評価して出力する（図８参照）。
ＱＥ処理部３２は、設計衝突検出部２４から呼び出される処理部であり、設計データ１１内の設計制約を多変数多項式不等式系(multivariate polynomial inequalities：ＭＰＩ)として表現したとき、その式を解くことで設計衝突（設計矛盾ともいえる）を検出する。ＱＥの詳細は、例えば、文献「穴井 宏和 “Quantifier Elimination -アルゴリズム・実装・応用-”,数式処理 vol.10,No.3,pp. 3-10.」に記載されている。
【００１９】
図２（ａ）は、設計支援処理のメインルーチンを示す。このメインルーチンは、図示ではＳ１１〜Ｓ１６の順に実行することとなっているが、この実行順序はあくまで一例であり、例えば、Ｓ１１〜Ｓ１６の各処理ごとの起動ボタンが列挙された統合ＧＵＩ（Graphical User Interface）に対して、マウスのクリックを受け付けると、そのクリックされたボタンの処理を実行することとしてもよい。
【００２０】
Ｓ１１として、設計データ入力部２１は、設計データ１１の入力を受け付ける（詳細は、図３（ｂ）を参照）。なお、設計データ１１のうちのレイアウトデータについては、ＣＡＤ（Computer Aided Design）ツールなどで、白紙の設計データ１１から徐々に構成要素を増やしていってもよいし、過去の類似設計された設計データ１１をコピーして、そのコピーに対する修正作業として、設計データ１１を作成してもよい。一方、設計データ１１のうちの確定度データについては、過去の確定度データを流用せずに、今回の設計データ１１の確定度を全て不確定の状態から開始することが望ましい。
【００２１】
Ｓ１２として、関連データ入力部２２は、関連データ１２の入力を受け付ける（詳細は、図４を参照）。
Ｓ１３として、確定度整合部２３は、Ｓ１２の関連データ１２をもとに、Ｓ１１の設計データ１１の確定度を整合する波及処理を実行する（詳細は、図５を参照）。
Ｓ１４として、設計衝突検出部２４は、Ｓ１１の設計データ１１について、その構成要素間での衝突を検出し、その検出した構成要素をリストアップする（詳細は、図６（ａ）を参照）。
Ｓ１５として、設計衝突検出部２４は、Ｓ１１の設計データ１１について、その構成要素が全て確定し、かつ、Ｓ１４で衝突が検出されなかった（換言すると、設計データ１１が完成した）か否かを判定する。Ｓ１５でＹｅｓなら処理を終了し、ＮｏならＳ１６へ進む。
Ｓ１６として、設計調整部２５は、Ｓ１４で衝突が検出された構成要素に対して、構成要素ごとに調整することで、衝突の解消を試みる。
【００２２】
図２（ｂ）は、設計支援処理のサブルーチン（Ｓ１６の詳細）を示す。Ｓ１６で説明したように、この図２（ｂ）の動作主体は設計調整部２５であるので、図２（ｂ）の個々のステップでの動作主体の記載は、省略する。
【００２３】
Ｓ１０１として、Ｓ１４でリストアップされた構成要素から、確定度が低い順に（後記する「−」に該当する）、未選択の回避候補機器を１つ選択する。
Ｓ１０２として、Ｓ１０１で選択する回避候補機器が存在するか否かを判定する。Ｓ１０２でＹｅｓならＳ１０３へ進む。一方、Ｓ１０２でＮｏである場合、つまり、回避候補機器が存在しない場合（換言すると、迂回できる機器が存在しない場合）、これ以上設計データ１１のレイアウト移動ができないことになり、「衝突解消失敗」を示すメッセージを表示装置９に表示することで、ユーザに通知する（Ｓ１１１）。
このユーザの通知においては、Ｓ１４でリストアップされた構成要素群を併せてユーザに通知することで、Ｓ１１の設計データ１１の再入力（衝突した構成要素を「確定」から「不確定」に戻す）を促す。
【００２４】
Ｓ１０３として、回避候補機器の衝突を回避するために、回避候補機器を衝突対象から迂回させるように移動するなどの衝突解消処理を実行する（詳細は、図６（ｂ）参照）。
Ｓ１０４として、Ｓ１０３の結果として、Ｓ１４でリストアップされた構成要素すべての衝突が解消されたか否かを判定する。Ｓ１０４でＹｅｓなら、「衝突解消成功」の旨を表示装置９に表示する（Ｓ１１２）とともに、Ｓ１０３で衝突解消処理を実行した構成要素群も表示することで、ユーザに通知する。Ｓ１０４でＮｏなら、Ｓ１０１に戻る。
なお、Ｓ１１２の衝突解消した構成要素の表示だけでなく、その表示された構成要素に対して、Ｓ１１の設計データ１１の再入力（確定度を「不確定」を示す「−」から「確定」を示す「○」に変更するための入力）を促してもよい。
【００２５】
図３は、Ｓ１１で説明した設計データ１１および設計データ入力部２１を示す説明図である。図３（ａ）は、設計データ１１（初期に入力されたデータ）の一例として、機器や配管を配置する部屋内のレイアウトを２次元で（天井から見たように）示す。
図３（ａ）では、６つの機器（装置Ｍ１〜装置Ｍ６）が、６つの配管（配管Ｐ１〜配管Ｐ６）でそれぞれ接続されている。例えば、装置Ｍ１は、配管Ｐ５を介して、装置Ｍ４と接続されている。
【００２６】
そして、これらの設計データ１１を構成する機器と配管の図示について、説明をわかりやすくするため、図３（ａ）の右側で示すように、以下のルールを適用する。
・位置（重心座標）が確定している機器については、その機器ＩＤだけを機器を示す四角形のアイコン内部に表記する（例えば、装置Ｍ１、装置Ｍ６）。一方、位置が確定していない機器については、その機器ＩＤの前に、不確定を示す「？？」を四角形のアイコン内部に表記する（例えば、装置Ｍ２、装置Ｍ３）。
・形状（縦横の長さなどの外形寸法）が確定している機器については、その機器を示す四角形のアイコンの外枠を実線太線で表記する（例えば、装置Ｍ１、装置Ｍ２）。一方、形状が確定していない機器については、その機器を示す四角形のアイコンの外枠を破線細線で表記する（例えば、装置Ｍ３、装置Ｍ６）。
・配管の位置が確定しているときには、その配管の経路を実線で表記し、配管の位置が確定していないときには、その配管の経路を破線で表記する。なお、本実施形態では、配管の形状（太さなど）は全て確定している例を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１は、図３（ａ）の設計データ１１を設計支援装置１内の記憶手段に格納するときの表形式で示したものである。設計データ１１は、機器ＩＤと、機器種別と、機器形状と、形状確定度と、機器位置と、位置確定度とを対応づけて構成される。
機器ＩＤは、６つの機器（装置Ｍ１〜装置Ｍ６）や６つの配管（配管Ｐ１〜配管Ｐ６）を特定するための識別子である。本実施形態では、機器ＩＤの先頭のアルファベットとして、機器を示すＭ（Machine）と、配管を示すＰ（Pipe）とを用いている。
機器種別は、機器ＩＤで示す機器の種別として、装置か配管かを示すデータである。
【００２９】
機器形状は、機器のレイアウトデータとしての形状データであり、装置ならその四角形の縦と横の寸法、配管ならその太さを示す。
形状確定度は、対応する機器形状の確定度を示す。
機器位置は、機器のレイアウトデータとしての位置データであり、装置ならその重心座標、配管ならその経路を示す折れ線の頂点集合を、それぞれ（ｘ，ｙ）座標表記で示す。
位置確定度は、対応する機器位置の確定度を示す。つまり、図３（ａ）で説明したように、１つの機器に対する確定度は、形状確定度と位置確定度とが別々に存在する。
【００３０】
図３（ｂ）は、設計データ入力部２１の構成例として、図３（ａ）や表１の設計データ１１を入力する画面を示す。この入力画面は、設計を行うＣＡＤのアドオン機能として埋め込まれる。設計データ入力部２１は、左側のレイアウト入力画面でクリックされた機器（例えば、装置Ｍ３）の詳細情報を、右側のメニュー画面から入力させる。
メニュー画面において、機器の形状確定度および位置確定度はそれぞれ２値（確定または不確定）であるため、択一的なラジオボタンでいずれかを選択させる。一方、機器のレイアウト（機器形状、機器位置）は、それぞれ（ｘ，ｙ）座標として数値入力させる。
一方、設計データ入力部２１の別の構成例として、表１の設計データ１１をＧＵＩで表示して、プルダウンメニューなどで表の各データを個々に入力させてもよい。
【００３１】
図４は、Ｓ１２で説明した関連データ１２および関連データ入力部２２を示す説明図である。
関連データ１２は、無向グラフで示される。この無向グラフでは、機器と直接接続している配管が相互に関連していると規定している。これは、機器の大きさや位置が移動すれば、配管の始点、終点が変更になり、配管の配置位置が変更となる可能性があるためである。
関連データ入力部２２は、関連データ１２を入力させる方法として、手動入力（機器ＩＤが記載されたアイコンをＧＵＩ上で配置し、相互に関連するものをユーザに線で接続させる）としてもよいし、図３（ａ）の設計データ１１から、配管を示すリンクを辿ることによって、自動抽出してもよい。また、自動抽出した無向グラフを、ＧＵＩによってユーザに適宜編集させてもよい。
【００３２】
図５は、Ｓ１３で説明した確定度整合部２３を示す説明図である。
まず、確定度整合部２３は、図３（ａ）の設計データ１１の状態から、関連データ１２を辿ることによって、確定度が整合した図５（ａ）の設計データ１１を作成する。つまり、確定度整合部２３は、形状確定度および位置確定度のうちの少なくとも１つの確定度が「−」である設計データ１１の装置（例えば、装置Ｍ３）を検出すると、関連データ１２からその検出した装置Ｍ３に直接接続されている配管Ｐ１，Ｐ６を特定し、その特定した配管Ｐ１，Ｐ６の位置確定度を「−」へと変更（換言すると、装置Ｍ３の確定度を波及）させる。同様に、確定度整合部２３は、不確定な装置Ｍ２に直接接続されている配管Ｐ２，Ｐ３にも、確定度を波及させる。
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２は、図５（ａ）の設計データ１１を表形式で示したものである。この設計データ１１のうちの今回確定度整合部２３によって変更されたデータについて、そのデータの末尾に更新を示す「！」を付記している（例えば、Ｐ１の位置確定度）。以下、本実施形態の表において、直前の状態から変更されたデータの末尾には、「！」を付記する。
【００３５】
【表３】
【００３６】
次に、設計データ入力部２１は、ユーザから装置Ｍ３の位置および形状を確定する旨の入力を受け付けると（「−」から「○」への変更）、確定度整合部２３は、図５（ｂ）や表３の設計データ１１に示すように、装置Ｍ３の確定度を、周囲の配管Ｐ１，Ｐ６に波及させる。
【００３７】
【表４】
【００３８】
図６は、Ｓ１４で説明した設計衝突検出部２４、および、Ｓ１６で説明した設計調整部２５を示す説明図である。まず、図６（ａ）や表４の設計データ１１に示すように、設計データ入力部２１が、装置Ｍ６の機器形状と機器位置とを変更すると、設計衝突検出部２４は、その変更に伴い、配管Ｐ２の経路との衝突を検出する（Ｓ１４）。
【００３９】
【表５】
【００４０】
次に、図６（ｂ）や表５の設計データ１１に示すように、設計調整部２５は、確定された装置Ｍ６はそのままに、位置確定度が「−」である配管Ｐ２の経路（機器位置）を、装置Ｍ６から迂回するように移動させる（Ｓ１０３）。なお、経路を迂回させる具体的な計算手法については、例えば、文献「Hart, P. E.; Nilsson, N. J. Raphael, B. ： 「A Formal Basis for the Heuristic Determination of Minimum Cost Paths」. IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics SSC4 (2), pp. 100-107(1968).」に記載された手法により実現可能である。これにより、装置Ｍ６と配管Ｐ２とが併存した（衝突のない）配置が生成される。
【００４１】
【表６】
【００４２】
図７は、設計データの作成完了処理を示す説明図である。
ユーザは、設計データ入力部２１を介して、図６（ｂ）の状態から、さらに、装置Ｍ２の位置確定度を「○」にする（図７（ａ）の状態）。
すると、関連データ入力部２２は、関連データ１２を参照して、装置Ｍ２の位置確定度を、周囲の配管Ｐ２，Ｐ３へと波及させる（図７（ｂ）の状態）。表６は、図７（ｂ）の状態に対応する表形式の設計データ１１である。これにより、すべての設計項目が「○」で、かつ併存した設計が完了する（Ｓ１５，Ｙｅｓに分岐する状態）。
【００４３】
図８は、設計データ評価部３１を示す説明図である。この設計データ評価部３１の処理は、統合ＧＵＩなどから起動される。図８では、時系列の設計データ１１の完成度合いを、３つのグラフ（データ入力率、データ確定率、データ整合率）でそれぞれ並べて表示したものであり、この３つのグラフは設計データ評価部３１によって作成される。なお、設計データ評価部３１は、３つのグラフの全てを作成しなくてもよく、１つ以上のグラフを作成すればよい。
【００４４】
データ入力率とは、設計データ１１におけるレイアウトデータ（機器形状、機器位置）の入力度合いを示す指標である。データ入力率は、（入力されたレイアウトデータのセル数）／（存在するレイアウトデータのセル数）×１００％として計算され、表１では、２４／２４＝１００％である。なお、１００段階評価（０〜１００％）でなく、５段階評価（０〜５）としてもよい。
【００４５】
データ確定率とは、設計データ１１における機器ごとの確定度合いを示す指標である。データ確定率は、（「○」が入力された確定度のセル数）／（存在する確定度のセル数）×１００％として計算され、表１では、２０／２４＝８３％である。
【００４６】
データ整合率とは、設計データ１１における設計衝突検出部２４がＳ１４で検出した衝突が発生した機器の度合いを示す指標である。データ整合率は、（衝突が発生していない機器の数）／（存在する機器の数）×１００％として計算され、図６（ａ）では、２２／２４＝９２％である。
【００４７】
ユーザは、図８の設計データ評価部３１の出力画面を参照することで、以下のように設計データ１１の作成の進捗状況を詳しく知ることができる。
時刻ｔ１において、レイアウトデータの入力が１００％で完了している。このように、レイアウトデータの入力度合いを参照しただけでは、確定作業や整合作業の進捗度合いはわからない。
時刻ｔ２において、時刻ｔ１よりも、データ確定率が低下している。これは、図３（ｂ）→図５（ａ）のように、確定度整合部２３が確定度「−」を波及させたためである。
時刻ｔ３，ｔ４において、段階的にデータ確定率が向上している。これは、図５（ａ）→図５（ｂ）のように、設計データ入力部２１での確定度「○」が入力されたり、その確定度「○」が確定度整合部２３により波及されたりしたためである。
時刻ｔ５において、データ整合率が低下している。これは、図６（ａ）のように、設計衝突検出部２４が衝突を検出したためである。
時刻ｔ６において、データ整合率が向上している。これは、図６（ｂ）のように、設計調整部２５が衝突を回避したためである。
【００４８】
【数１】
【００４９】
図９は、ＱＥ処理部３２を示す説明図である。設計データ１１が制御系のデータや水車の翼の曲面形状データであるときには、その関連データ１２が（式１）や（式２）のような、設計データ１１の設計項目を変数とした制約式として数式表現される。ここで、Ｘｎはｎ番目の設計項目値を示し、ｚは限定記号用の変数である。
【００５０】
ＱＥ処理部３２は、ＱＥ手法によって実行可能解の有無、および、解の可能領域を求め、その結果を図９（ａ）のように表示する。ＱＥ処理部３２は、図９（ｂ）に示したような入力画面によって、既に確定した値を式に代入して（例えば、値設定欄の「22.4」）、その他の不確定な変数の、設計可能解を表示する。
その際、視認性の観点から、グラフ表示する変数をユーザが選択する（グラフ表示「○」が指定された不確定変数を、図９（ａ）で表示する）。一方、グラフ表示「○」が指定されなかった変数については、残りの変数の実行可能解の範囲がもっとも広い範囲にデフォルト設定する。
設計者は、図９（ａ）のグラフを見ながら、実行可能解の範囲（（式１）および（式２）をともに満たす衝突回避解の集合）で、設計データ１１を順次設定する。一方、衝突回避解の集合が表示されなかったときには、設計データ１１に衝突（矛盾）が発生しているので、一度確定した値を不確定へと戻す必要がある。
【００５１】
以上説明した本実施形態により、設計データ入力部２１により設計データ１１が変更されたときには、確定度整合部２３は、関連データ１２を参照して、変更された確定度を波及させる。さらに、設計衝突検出部２４は、設計データ１１内の衝突を検出し、設計調整部２５はその検出した衝突を解消するように設計データ１１を修正する。
【００５２】
これにより、設計データ１１内の構成要素間の確定度の不整合や、構成要素間の設計制約上の不都合を早期にユーザが知ることができるので、修正作業が少なくて済む。よって、設計での後戻りを減らすことで、配置を段階的に確定していくレイアウト設計において、設計制約を満たすような配置の意志決定を効率的に支援することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 設計支援装置
８ 入力装置
９ 表示装置
１１ 設計データ
１２ 関連データ
２１ 設計データ入力部
２２ 関連データ入力部
２３ 確定度整合部
２４ 設計衝突検出部
２５ 設計調整部
３１ 設計データ評価部
３２ ＱＥ処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置であって、
前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の前記確定度とを記憶手段に格納する設計データ入力部と、
前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部と、
前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更する設計調整部と、を有することを特徴とする
設計支援装置。
【請求項２】
前記設計データを構成する各機器に対して、その機器間の関連データが記憶手段に格納されており、
前記設計データの各機器から選択した所定機器の確定度と、前記関連データにおいて前記所定機器に関連する他の機器の確定度とを整合させる確定度整合部をさらに有することを特徴とする
請求項１に記載の設計支援装置。
【請求項３】
記憶手段に格納される前記設計データの各機器とは、設計対象であるプラントを構成する装置とその装置間を接続する配管であり、前記装置の前記レイアウトデータとは、前記装置が配置される位置と前記装置の形状との組として表現されるデータであり、前記配管の前記レイアウトデータとは、前記装置間を接続するときの前記配管が辿る経路データとして表現されるデータであり、
前記設計衝突検出部は、前記設計データの前記装置の位置および形状から特定される前記装置の領域に、前記配管の経路データが接触したときに、衝突を検出することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の設計支援装置。
【請求項４】
前記設計データを読み込んで、その評価データとして、データ入力率、データ確定率、および、データ整合率のうちの少なくとも１つを出力する設計データ評価部をさらに有し、
前記データ入力率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記レイアウトデータが入力された機器数との比率であり、
前記データ確定率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記確定度が高い機器数との比率であり、
前記データ整合率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器数との比率であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の設計支援装置。
【請求項５】
前記設計データの前記レイアウトデータを満たす実行可能解の有無をＱＥ（Quantifier Elimination）手法によって求め、実行可能解が存在しないときに設計衝突を検出するＱＥ処理部を前記設計衝突検出部としてさらに有することを特徴とする
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の設計支援装置。
【請求項６】
機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置が実行する設計支援方法であって、
前記設計支援装置は、前記設計データ入力部、設計衝突検出部、および、設計調整部を有しており、
前記設計データ入力部は、前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の前記確定度とを記憶手段に格納し、
前記設計衝突検出部は、前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出し、
前記設計調整部は、前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更することを特徴とする
設計支援方法。
【請求項１】
機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置であって、
前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の前記確定度とを記憶手段に格納する設計データ入力部と、
前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出する設計衝突検出部と、
前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更する設計調整部と、を有することを特徴とする
設計支援装置。
【請求項２】
前記設計データを構成する各機器に対して、その機器間の関連データが記憶手段に格納されており、
前記設計データの各機器から選択した所定機器の確定度と、前記関連データにおいて前記所定機器に関連する他の機器の確定度とを整合させる確定度整合部をさらに有することを特徴とする
請求項１に記載の設計支援装置。
【請求項３】
記憶手段に格納される前記設計データの各機器とは、設計対象であるプラントを構成する装置とその装置間を接続する配管であり、前記装置の前記レイアウトデータとは、前記装置が配置される位置と前記装置の形状との組として表現されるデータであり、前記配管の前記レイアウトデータとは、前記装置間を接続するときの前記配管が辿る経路データとして表現されるデータであり、
前記設計衝突検出部は、前記設計データの前記装置の位置および形状から特定される前記装置の領域に、前記配管の経路データが接触したときに、衝突を検出することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の設計支援装置。
【請求項４】
前記設計データを読み込んで、その評価データとして、データ入力率、データ確定率、および、データ整合率のうちの少なくとも１つを出力する設計データ評価部をさらに有し、
前記データ入力率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記レイアウトデータが入力された機器数との比率であり、
前記データ確定率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記確定度が高い機器数との比率であり、
前記データ整合率とは、前記設計データにおける機器の総数と、前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器数との比率であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の設計支援装置。
【請求項５】
前記設計データの前記レイアウトデータを満たす実行可能解の有無をＱＥ（Quantifier Elimination）手法によって求め、実行可能解が存在しないときに設計衝突を検出するＱＥ処理部を前記設計衝突検出部としてさらに有することを特徴とする
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の設計支援装置。
【請求項６】
機器のレイアウトデータを含む設計データの作成を支援する設計支援装置が実行する設計支援方法であって、
前記設計支援装置は、前記設計データ入力部、設計衝突検出部、および、設計調整部を有しており、
前記設計データ入力部は、前記設計データを構成する各機器に対して、そのレイアウトデータへの確定度の入力を受け付け、機器の前記レイアウトデータと機器の前記確定度とを記憶手段に格納し、
前記設計衝突検出部は、前記設計データの各機器について、機器間での前記レイアウトデータの衝突を検出し、
前記設計調整部は、前記設計衝突検出部により衝突が検出された機器群について、機器の前記確定度が低い順に機器群から機器を選択し、その選択した機器を他の機器を回避するように移動させることにより、前記設計データの前記レイアウトデータを変更することを特徴とする
設計支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１４５７１（Ｐ２０１３−１１４５７１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２０６７（Ｐ２０１１−２６２０６７）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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