JP2015090628A

JP2015090628A - 機器配置自動算出装置

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Publication number: JP2015090628A
Application number: JP2013230789A
Authority: JP
Inventors: 麗子井上; Reiko Inoue; 貴元松井; Kigen Matsui; 健司奥田; Kenji Okuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-11
Also published as: TWI540450B; WO2015068524A1; TW201523314A; US20160147910A1; US10162909B2

Abstract

【課題】事前に設計ルールを登録する三次元モデル設計支援システムでは，設計における各機器間の距離や方向といった，膨大な数の機器配置ルールを人手で全て入力することは困難である。【解決手段】実績ＣＡＤデータに含まれる各機器間の相対距離と相対方向の情報を抽出する。抽出した複数案件の相対距離・相対方向について，実績要求仕様値との相関，および，配置優先度を算出し，機器配置ルールとして保持する。設計時には，要求仕様を入力し，付属機器を決定した後，前述の機器配置ルールに基づいてＣＡＤ上で配置優先度に従い機器を配置する。【選択図】図１

Description

本発明は，機器配置自動算出装置に関する。

背景技術として，特開２０１１-２５３２６９号公報（特許文献１）がある。この公報には，「〜三次元モデルの取付け方向を利用した設計ルールを登録した設計ルール記憶部と、製品の三次元モデルから出力した部品の名称、種類、方向、組立順、隣接情報等を登録した三次元モデル記憶部とを持つ三次元モデル設計支援システムで、三次元モデルの取付け方向を利用して設計ルールをチェックし、作業者に三次元モデルが設計ルールに違反しているか通知する。」と記載されている（要約参照）。

特開２０１１-２５３２６９号

前記特許文献１には，設計ルール記憶部に記憶されたルールに基づき，設計を支援するシステムが記載されている。しかし，事前に設計ルールを登録する三次元モデル設計支援システムでは，設計における各機器間の距離や方向といった，膨大な数の機器配置ルールを人手で全て入力することは困難である。

そこで，本発明は実績案件のＣＡＤ(ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ)データから機器配置ルールを自動算出する装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明は、実績ＣＡＤデータから各機器の相対距離と、相対方向とを抽出し、複数の過去の案件について、前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された前記相対距離または相対方向との相関の有無を判定し、前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された各機器の相対距離または相対方向との相関の有無について各機器間のルールを抽出するように構成する。

本発明は設計工数低減の効果がある。

本発明の機器配置自動算出装置の一実施例にかかる機能構成図。機器配置ルール抽出処理を示すフローチャート。実績案件データ，および機器配置ルールの例。機器配置ルール抽出の詳細処理を示すフローチャート。新規設計案作成処理を示すフローチャート。機器配置処理を示すフローチャート。機器配置の例。画面表示の例。相対方向の説明図。

以下、本発明の一実現形態について，図面を用いて説明する。

図１は，本発明の一実現例にかかる機能構成図である。本発明は，実績ＣＡＤデータベース６に保持された過去の実績案件ＣＡＤデータと，実績仕様値データベース７に保持された同じ実績案件の要求仕様値から，機器配置ルールを抽出する機器配置ルール抽出処理部１を有する。新規に設計案を作成する際は，要求仕様入力部２から要求仕様値を入力し，付属機器選択処理部３で要求仕様を満たす機器を選択する。そして，機器配置案作成処理部４で，要求仕様入力部２で入力された要求仕様値と，機器配置ルール抽出処理部１から抽出した，付属機器に対応する機器配置ルールに基づき，配置案を作成する。最後に，設計案出力部５にて，作成した配置案から設計案を出力する。

以下，各処理について説明する。
始めに，機器配置ルール抽出処理部１の処理について，図２を用いて述べる。
機器配置ルール抽出処理部１では過去の実績案件について，そのＣＡＤデータと，同案件の要求仕様値を取得し(Ｓ２１)，それぞれ実績ＣＡＤデータベース６と実績仕様値データベース７に保持する。

次に，ＣＡＤデータ内に含まれる各機器の代表点座標を取得する(Ｓ２２)。代表点としては，各機器の重心や，各機器の設計基準点などを用いればよい。

各機器の代表点座標を抽出した後は，各機器間の相対距離，相対方向を算出する(Ｓ２３)。ここでは、実績案件における複数の機器について、任意の２つの組み合わせについてすべて、の相対距離，相対方向を算出する。算出の前処理として、計算量を減らすために、機器配置において影響の小さい、所定値よりもサイズの小さい機器は、算出の対象としないフィルタリングを行うこもとできる。また、必ず一体として用いられる機器の組み合わせは１つの機器としておくこともできる。

ここで，各機器の代表点座標間の距離を「相対距離」と定義する。また，各機器間で，一方の機器の代表点座標を始点とし，もう一方の機器の代表点座標を終点とする方向の単位ベクトルを「相対方向」と定義する。

相対方向について図９により説明する。相対方向は，一方の機器の座標系上で表現することができる。例えば，グローバル座標系をO(^ox, ^oy, ^oz)であらわす。このとき，グローバル座標系上に機器Aと機器Bがあるとする。機器Aのグローバル座標を^oA = (^ox_A, ^oy_A , ^oz_A)，機器Aのグローバル座標を^oB = (^ox_B, ^oy_B , ^oz_B)とする。ここで，機器Aの代表点を基準としたA座標系 (^Ax, ^Ay, ^Az)を新たに定義すると，機器BのA座標系 (^Ax, ^Ay, ^Az)上の相対座標を^AB = (^Ax'_B, ^Ay'_B , ^Az'_B)と表すことができる。この相対座標は，^AB = ^oB − ^oA として算出でき、相対座標の方向の単位ベクトルが相対方向となる。
これらＳ２１からＳ２３までを，実績案件の数だけ繰り返す。実績案件のデータの例を，図３(ａ)に示す。各実績案件に対し，案件番号３１１，要求仕様値３１２，相対距離３１３，相対方向３１４を保持する。

複数の実績案件で相対距離，相対方向を蓄積したのち，要求仕様値と相対距離の相関，要求仕様値と相対方向の相関，および，配置優先度を算出する(Ｓ２４)。Ｓ２４の処理の詳細については後述する。

最後に，Ｓ２４で算出した要求仕様値と相対距離の相関，要求仕様値と相対方向の相関，および，配置優先度を機器配置ルールとして保持する(Ｓ２５)。機器配置ルールの例を図３(ｂ)に示す。機器配置ルールには，値の種類３２１，要求仕様値との相関有無３２２，固定距離・固定方向３２３，回帰式３２４，配置優先度３２５を保持する。

ここで，要求仕様値と相対距離の相関，要求仕様値と相対方向の相関，および，配置優先度を算出するＳ２４の処理の詳細を，図４を用いて説明する。
始めに，相対距離について，以下の処理を実施する。ここで，要求仕様値が変わっても相対距離が変わらない場合，その相対距離を「固定距離」とする。一方，要求仕様値が変わると相対距離も変わる場合，その相対距離を「変動距離」とする。

始めに，選択した機器間の相対距離に対して，固定距離か変動距離かを判断する。まず，選択した機器間に対して，相対距離の平均値を求める。そして，全ての実績案件で，相対距離が平均値の誤差範囲内にある場合，当該機器間の相対距離は固定距離であると判断して，値の種類３２１を「固定距離」とし，固定距離・固定方向３２３に平均値を保持する(Ｓ４１１)。図３(ａ)の例で，機器Ａと機器Ｃの相対距離は，許容誤差を２０[ｍｍ]以内とした場合，要求仕様値にかかわらず２５００±２０ [ｄｅｇ]であるため，２５００[ｄｅｇ]の固定距離と判断できる。なお，許容誤差は割合，または値などで設定可能とする。

相対距離が平均値の誤差範囲内に収まらない場合，当該機器間の相対距離は変動距離であると判断し，値の種類３２１を「変動距離」として，変動距離と要求仕様値の相関分析をする(Ｓ４１２)。

相対距離に対し，相関係数が閾値以上となる要求仕様値がある場合は，相対距離と要求仕様値との間に相関があると判断し，要求仕様値との相関有無３２２を「相関あり」とする。さらに，要求仕様値を説明変数，相対距離を被説明変数とした回帰分析を行って回帰式を求め，回帰式３２４に保持する(Ｓ４１３)。なお，相関係数の閾値は，割合，または値などで設定可能とする。図３(ａ)の例で，機器Ａと機器Ｂの相対距離は，要求仕様値のうち容量との相関係数が０.９７であり，相関があると判断する。そして，回帰により，切片-４０，回帰係数３.４という回帰式が得られる。

全ての要求仕様値との相関係数が閾値未満の場合，その相対距離と要求仕様値は無相関であると判断し，要求仕様値との相関有無３２２を「無相関」とする(Ｓ４１４)。各機器間に対して，Ｓ４１１からＳ４１４までの，相対距離の相関分析処理を行う。

次に，相対方向について以下の処理を実施する。ここで，要求仕様値が変わっても相対方向が変わらない場合，その相対方向を「固定方向」とする。一方，要求仕様値が変わると相対方向も変わる場合，その相対距離を「変動方向」とする。

始めに，固定方向と変動方向の判断基準となる平均単位ベクトルを算出する(Ｓ４２１)。このとき，全実績案件の相対方向を合成した合成ベクトルを算出し，この合成ベクトルの単位ベクトルを平均単位ベクトルとする。

次に，全実績案件の相対方向について，平均単位ベクトルとのなす角を求める。全実績案件について，なす角が平均単位ベクトルの誤差範囲内にある場合，当該機器間の相対方向は固定方向であると判断し，値の種類３２１を「固定方向」とする。さらに，固定距離・固定方向３２３に平均単位ベクトルを保持する(Ｓ４２２)。図３(ａ)の例で誤差範囲を５[ｄｅｇ]以内とすると，機器Ａと機器Ｂでは全ての相対方向が誤差範囲内に収まるため，固定方向と判断し，平均単位ベクトルの(０.６４,０.６４,０.４３)を固定値として保持する。

相対方向と平均単位ベクトルとのなす角が誤差範囲に納まらない場合，当該機器間の相対方向は変動方向であると判断して，値の種類３２１を「変動方向」とし，変動方向と要求仕様値の相関分析をする(Ｓ４２３)。

相関係数が閾値以上となる要求仕様値がある場合は，要求仕様値との相関有無３２２を「相関あり」として回帰分析を行い，回帰式３２４に回帰式を保持する(Ｓ４２４)。図３(ａ)の例で，機器Ａと機器Ｄの相対方向は，ｘ軸回りの回転角θについて電圧との相関係数が１.００であり，切片-１２０，回帰係数０.１５という回帰式が得られる。

全ての要求仕様値との相関係数が閾値未満の場合，その相対方向と要求仕様値は無相関であると判断し，要求仕様値との相関有無３２２を「無相関」とする(Ｓ４２５)
各機器間に対して，Ｓ４２１からＳ４２５までの，相対方向の相関分析処理を行う。全ての機器間について，相対距離，および，相対方向の相関分析処理が終了した後，配置優先度を決定する。

機器の相対距離と相対方向について，ともに値の種類３２１が「固定距離」「固定方向」か，または，要求仕様値との相関有無３２２が「相関あり」の場合，当該機器間に配置優先度１を付与する(Ｓ４３１)。図３(ｂ)の例では，機器Ａと機器Ｂに関し，相対距離の要求仕様値との相関有無３２２が「相関あり」，また，相対方向の値の種類３２１が「固定方向」であるので，配置優先度１を付与する。

次に，各機器の相対距離と相対方向のうち，どちらかの値の種類３２１が「固定距離」か「固定方向」，あるいは，要求仕様値との相関有無３２２が「相関あり」で，もう一方の要求仕様値との相関有無３２２が「無相関」の場合は，当該機器に配置優先度２を付与する(Ｓ４３２)。図３(ｂ)の例では，機器Ａと機器Ｃに関して，相対距離の値の種類３２１が「固定距離」であり，相対方向の要求仕様値との相関有無３２２が「無相関」のため，配置優先度２を付与する。また，機器Ａと機器Ｄに関して，相対距離の要求仕様値との相関有無３２２が「無相関」，相対方向の要求仕様値との相関有無３２２が「相関あり」のため，配置優先度２を付与する。

最後に，各機器の相対距離と相対方向のどちらも，要求仕様値との相関有無３２２が「無相関」の場合は，当該機器に配置優先度３を付与する(Ｓ４３３)。図３(ｂ)の例では，機器Ａと機器Ｅに関して，相対距離，および，相対方向の要求仕様値との相関有無３２２が「無相関」のため，配置優先度３を付与する。
全ての機器間に対して，Ｓ４３１からＳ４３３までの，配置優先度の決定処理を行う。

以上のように，図２に示すフローチャートにより，各機器の相対距離や相対方向といった，設計における膨大な数の機器配置ルールを自動算出することができる。
なお，Ｓ４１２からＳ４１４，および，Ｓ４２３からＳ４２５においては，相関係数の閾値を複数用い，配置優先度を４段階以上に分類してもよい。

次に，新規に設計案を作成する際の要求仕様値入力部２，付属機器選択処理部３，配置案作成処理部４の処理について，図５を用いて説明する。
始めに，要求仕様値入力部２にて，新規設計に対する要求仕様値を入力する(Ｓ５１)。
次に，付属機器選択処理部３により，要求仕様値を満たす付属機器を選択する。要求仕様値からの付属機器の選択に関しては，特開２００６-１５５６０１号公報に記載の方法などにより求めればよい。

付属機器を選択した後，Ｓ２５で保持した機器配置ルールの中から，付属機器に対応する機器配置ルールを抽出する(Ｓ５３)。このとき，値の種類３２１が「変動距離」，または「変動方向」で，なおかつ，要求仕様値との相関有無３２２が「相関あり」の場合，回帰式３２４に要求仕様値を代入し，当該要求仕様値に対する相対距離，相対方向を算出する(Ｓ５４)。抽出した機器配置ルールの値の種類３２１が「固定距離」，または「固定方向」の場合は，機器配置ルールに保持している固定距離・固定方向３２３の値をそのまま利用する。その後，配置優先度に従って，ＣＡＤ上で機器を配置する(Ｓ５５)。Ｓ５５の処理については，後述する。

ＣＡＤ上で全ての機器を配置した後は，機器間の干渉を判定する。干渉がある場合，干渉しない位置に機器配置を変更する(Ｓ５６)。機器配置の変更は人手で行っても良く，また，自動化された処理により行っても良い。

ここで，Ｓ５５の，配置優先度に従ってＣＡＤ上で機器を配置する処理について，図６，および，図７を用いて説明する。

始めに，図６のフローチャートに示すとおり，配置優先度１の機器を配置する(Ｓ６１)。配置優先度１の機器を配置する例を図７(ａ)に示す。ここでは，図３(ｂ)の例を参照し，機器Ａと機器Ｂに配置優先度１が付与されているとする。配置優先度１の機器間では，相対距離と相対方向が固定値，あるいは回帰式から算出した値として一意に決まるため，機器Ａと機器Ｂの相対配置が一意に決定できる。

次に，図６のフローチャートで，配置優先度２の機器を配置する(Ｓ６２)。配置優先度１の機器を配置する例を図７(ｂ)に示す。ここでは，図３(ｂ)の例を参照し，機器Ａと機器Ｃ，機器Ａと機器Ｄのそれぞれに配置優先度２が付与されているとする。ここで，機器Ａと機器Ｃでは，相対距離が固定距離で，相対方向が無相関である。すると，機器Ｃは，機器Ａの代表点座標を中心とし，相対距離を半径とする球面上に配置することが決まる。この球面上で，他の機器と干渉しない位置に機器Ｃを配置すればよい。また，機器Ａと機器Ｄでは，相対距離が無相関で，相対方向が回帰式により算出する値である。すると，機器Ｄは，機器Ａの座標を始点とした相対方向の半直線上に配置することが決まる。この半直線上で，他の機器と干渉しない位置に機器Ｄを配置すればよい。

最後に，図６のフローチャートで，配置優先度３の機器を配置する(Ｓ６３)。配置優先度３の機器を配置する例を図７(ｃ)に示す。ここでは，図３(ｂ)の例を参照し，機器Ｅは，全ての機器に対して配置優先度３が付与されているとする。配置優先度３の機器は他の機器との相対距離，相対方向に決定された値が無いため，任意の位置に配置すればよい。

以上のように，図５に示すフローチャートにより，機器配置ルール抽出処理部１で算出した機器配置ルールに基づいて，機器配置を自動的に決定することができる。

図８に，機器配置自動算出装置の画面表示例を示す。機器配置自動算出装置画面８１は，たとえば，機器配置の表示画面８１１，機器の配置優先度８１２などから構成される。機器配置の表示画面には，機器配置案作成処理部４で作成する，機器の配置を表示する。機器の配置優先度８１２には，機器配置ルール抽出処理部１で抽出した機器配置ルールを表示する。

なお，本発明は上記した実施例に限定されるものではなく，様々な変形例が含まれる。例えば，上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり，必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また，ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり，また，ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また，各実施例の構成の一部について，他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また，上記の各構成，機能，処理部，処理手段等は，それらの一部又は全部を，例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また，上記の各構成，機能等は，プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し，実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム，テーブル，ファイル等の情報は，メモリや，ハードディスク，ＳＳＤ(ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ)等の記録装置，または，ＩＣカード，ＳＤカード，ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また，制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており，製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

Claims

要求仕様に基づいた複数の機器の配置設計をデータベースに蓄積されたデータに基づいて支援する機器配置自動算出方法であって，
過去の案件における各機器の位置の情報を含む実績ＣＡＤデータを取得するステップと、
過去の案件における実績仕様データを取得するステップと、
前記実績ＣＡＤデータから各機器の相対距離と、相対方向とを抽出するステップと、
複数の過去の案件について、前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された前記相対距離または相対方向との相関の有無を判定するステップと、
前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された各機器の相対距離または相対方向との相関の有無について各機器間のルールを抽出するステップと、
を備えることを特徴とする機器配置自動算出方法。
請求項１に記載の機器配置自動算出方法であって、
要求仕様値の入力を受け付けるステップと、
前記要求仕様値を満たす機器を決定するステップと、
前記要求仕様値を満たす機器に関係する前記機器間のルールを抽出するステップと、
前記機器間のルールに基づいて、決定された機器間の相対距離または相対方向の値を算出するステップと、
ＣＡＤ上で前記算出された相対距離または相対方向の値に基づいて機器を配置するステップと、
を備えることを特徴とする機器配置自動算出方法。
請求項２に記載の機器配置自動算出方法であって、
前記要求仕様値と機器間の相対距離または相対方向に相関がある場合は、相関がない機器よりも優先して、ＣＡＤ上で当該機器間の配置を決定することを特徴とする機器配置自動算出方法。
請求項２に記載の機器配置自動算出方法であって、
前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向に相関がある場合、前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向のいずれかに相関がある場合、前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向に相関がない場合の順に、ＣＡＤ上で当該機器間の配置を決定することを特徴とする機器配置自動算出方法。
請求項１に記載の機器配置自動算出方法であって，
ＣＡＤデータ内に含まれる各機器の代表点座標を取得して，前記相対距離及び前記相対方向を算出することを特徴とする機器配置自動算出方法。
請求項２に記載の機器配置自動算出方法であって，
配置した機器同士が干渉する場合は、干渉しないように配置を修正することを特徴とする機器配置自動算出方法。
要求仕様に基づいた複数の機器の配置設計をデータベースに蓄積されたデータに基づいて支援する機器配置自動算出装置であって，
過去の案件における各機器の位置の情報を含む実績ＣＡＤデータを記憶する実績ＣＡＤデータベースと、
過去の案件における実績仕様データを記憶する実績使用値データベースと、
前記実績ＣＡＤデータから各機器の相対距離と、相対方向とを抽出し、
複数の過去の案件について、前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された前記相対距離または相対方向との相関の有無を判定し、
前記実績使用データにおける要求仕様値と、抽出された各機器の相対距離または相対方向との相関の有無について各機器間のルールを抽出する機器配置ルール抽出部と、
を備えることを特徴とする機器配置自動算出装置。
請求項７に記載の機器配置自動算出装置であって、
要求仕様値の入力を受け付ける要求仕様入力部と、
前記要求仕様値を満たす機器を決定する付属機器選択処理部と、
前記要求仕様値を満たす機器に関係する前記機器間のルールを抽出し、
前記機器間のルールに基づいて、決定された機器間の相対距離または相対方向の値を算出し、
ＣＡＤ上で前記算出された相対距離または相対方向の値に基づいて機器を配置するする機器配置案作成処理部と、
を備えることを特徴とする機器配置自動算出装置。
請求項８に記載の機器配置自動算出装置であって、
前記機器配置案作成処理部は、前記要求仕様値と機器間の相対距離または相対方向に相関がある場合は、相関がない機器よりも優先して、ＣＡＤ上で当該機器間の配置を決定することを特徴とする機器配置自動算出装置。
請求項８に記載の機器配置自動算出装置であって、
前記機器配置案作成処理部は、前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向に相関がある場合、前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向のいずれかに相関がある場合、前記要求仕様値と機器間の相対距離及び相対方向に相関がない場合の順に、ＣＡＤ上で当該機器間の配置を決定することを特徴とする請求項８に記載の機器配置自動算出装置。
請求項７に記載の機器配置自動算出装置であって，
機器配置ルール抽出部は、ＣＡＤデータ内に含まれる各機器の代表点座標を取得して，前記相対距離及び前記相対方向を算出することを特徴とする機器配置自動算出装置。
請求項８に記載の機器配置自動算出装置であって，
前記機器配置案作成処理部は、配置した機器同士が干渉する場合は、干渉しないように配置を修正することを特徴とする機器配置自動算出装置。