JP3824364B2 - レイアウト図作成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油精製および石油化学等の化学プラントにおける機器配置を計画する方法に関し、特にプロセス機器設置領域における主要機器の配置計画を決定する方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油精製および石油化学等の化学プラントでは、設計の初期段階に作成される機器の配置計画がプラント全体の生産効率等の良し悪しを大きく左右する。従来の配置計画作成は、計画されているプラントに用いられる主要機器の外形寸法およびＰＦＤ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｌｏｗ Ｄｉａｇｒａｍ）の概略情報に基づいて、プラントの設計者が人手により、
・敷地および建設費の最小化による経済性（経済性）
・敷地全体計画案としてのサイトプラン
・地盤
・風上／風下および搬出入経路となる港湾の方角（方角）
・熱応力をなどを考慮した配管の引き回し
・巡回要員の経路確保（通路性）
・建設機械の設置性および建設作業スペース確保（建設性）
・熱交換器などの配管置き場およびメンテナンス機械の搬入経路確保（メンテナンス性）
の条件を考慮して、図面またはＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）上において機器配置図の作成を行っていた。
【０００３】
そのため、機器配置図の作成は、非常に効率が悪く、また、完成する機器配置図は、設計者各個人の経験や勘に頼り作業が行われるため、個人差が出てしまい、作業内容がばらついてしまう問題があった。そこで、上述した各条件をパラメータとして、あらかじめ設定された一定のルールに従って、コンピュータによりプラント内の機器の配置計画図を作成する機器配置図作成システムが提供されている（特開平８−１５８６７７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平には、作図作成方法について具体的な記述はないが、前記一定の配置ルールを導入することで、作業効率は向上し、作業内容のばらつきは小さくなる。しかしながら、導入するルールは設計者各個人の経験や勘に従うため主観的で、かつ一義的な解を求める傾向が強いので、得られる配置はルールによって大きく制約されること、代替案が得にくいこと、また最適な配置になっているかどうかが不明である問題点があった。
そこで、この種の配置問題を組み合わせ最適化問題として捉える数学的なアプローチとして、従来より数多くの技法が提案されているが、入力される機器情報に対して、機器の大きさのばらつきが少なく、その配置変更に対応できる機器数も十数個程度の規模の配置問題しか扱うことができない欠点があった。また、機器配置は、演算の初期状態で仮に機器配置図上に置いた機器の位置により、演算結果としての機器配置図における機器の位置が左右されてしまう問題があった。本発明はこのような背景の下になされたもので、演算結果の機器配置図において複数の異なる配置結果を示し、配置対象となる機器の数としては制限を設けずに配置の最適化演算ができ、よって人間の介在を最小限にするレイアウト図作成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
所定の敷地にレイアウトする配置対象物のレイアウト計画図を作成するレイアウト図作成装置において、敷地内の地図データを記憶する第一の記憶手段と、各配置対象物の大きさや形状を記憶する第二の記憶手段と、配置対象物間の接続関係を記憶する第三の記憶手段と、
前記第一の記憶手段に記憶される地図を複数の格子状セルに分割する分割手段と、前記配置対象物を分割手段により生成された前記セルに相当させるため、互いに隣接する複数のセルをまとめてブロック化する手段と、ブロック化した前記配置対象物の初期ブロック配置を設定する初期配置設定手段と、配置対象物相互の接続関係データと各ブロックの位置とから、一のブロックとこれに接続される他のブロックとの接続長さを計算して積算する計算手段と、前記第一の記憶手段に記憶されている前記地図上のブロック配置と配置変更可能な他のブロック配置との入れ替えを行う交換手段と、前記交換したブロック配置における接続長さが所定の条件下で交換前の接続長さより小さくなる交換を選択する手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のレイアウト図作成装置において、前記選択手段における所定の条件は、変更手段による処理を行う毎に前記計算手段の結果としての接続配管の長さの総計が短くなっていく逐次改善型手法に従うことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のレイアウト図作成装置において、前記逐次改善型手法としてシミュレーティッドアニーリング法を用いたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３いずれか記載のレイアウト図作成装置において、画像および文字データを表示する表示手段を具備し、前記表示手段が、前記一時記憶手段に記憶される前記地図のデータと、前記交換手段で前記ブロックを交換した後の地図データと表示することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか記載のレイアウト図作成装置において、配置交換可能なブロックのうち、少なくとも一方を構成しているブロックに、前記配置対象物のいずれもが配置されていないセルが含まれることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記交換手段が、前記複数のブロックのなかで同一の形状であり、同一の大きさであるブロック同士の交換を行うことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのうち平面形状が合同のブロックを向きにかかわらず同一とみなして置き換えることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項７いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記所定の敷地が化学プラント用敷地であり、接続長さが配置対象物である機器間の配管長であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の構成を示すブロック図である。この図において、１は入力部であり、化学プラントを建設するプラント建設用敷地の形状を示す敷地情報データ、プラントに配置する機器の大きさ・形状を示す機器情報データ、プラント敷地内での配管による機器のつながりを示す機器つながり情報データ、配置する機器間隔を制限するための機器間最小距離情報データ、機器の敷地での位置固定および配置の向きに関する機器位置・向き固定情報データ、複数の機器を組み合わせてブロックを作成するためのグルーピング情報データ、レイアウト結果の評価を行うための評価指標情報データ、複数のプログラムの動作を管理するジョブ管理情報データ等が入力され、それぞれのデータを記憶装置２および記憶装置３に記憶させる。
【０００８】
記憶装置２は、敷地情報ファイルが記憶される領域４、機器情報ファイルが記憶される領域５および機器のつながり情報ファイルが記憶される領域６で構成されている。記憶装置３は、機器間最小距離情報、機器位置・向き固定情報およびグルーピング情報等を含む制約条件情報ファイルの記憶される領域７とプラントレイアウト後の評価を行う基準となる評価情報ファイルが記憶される領域８で構成されている。
【０００９】
１０は、計算処理部であり、記憶装置２および記憶装置３に記憶される各情報データを基にプラントレイアウトの機器配置の演算処理を行うプラントレイアウト計算部１１とプラントレイアウトの結果が記憶される記憶装置１２で構成されている。１３はプラントレイアウト結果出力部であり、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータと記憶装置１２に記憶されるプラントレイアウト結果とを表示装置１４、プリンタ１５および他のシステムに接続されている他システムファイル記憶領域１６に出力する。
【００１０】
表示装置１４は、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータとプラントレイアウトの計算結果のデータの表示を行う。プリンタ１５は、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータとプラントレイアウトの計算結果のデータの印字を行う。記憶装置１６は、他のコンピュータシステムにも接続されており、記憶されるデータが他のコンピュータからアクセスされる。
【００１１】
次に、上記実施形態の動作を、図１を参照し、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップＳ１において、プラントレイアウトの配置図生成に必要なデータが入力される。この入力操作は、設計者が表示装置１４において確認しながら行う。ステップＳ１は、ステップＳ２からステップＳ６で構成されている。ステップＳ２はステップＳ７からステップＳ９で構成され、プラントレイアウトの配置図生成に必ず必要な敷地情報、機器情報および機器のつながり情報のデータを含む必須入力情報が、設計者により入力される。
【００１２】
まず、ステップＳ７において、敷地情報データが入力され、記憶装置２の敷地情報ファイル記憶領域４に記憶される。次にステップＳ８において機器情報データが入力され、記憶装置２の機器情報ファイル記憶領域５に記憶される。ここで、機器情報は、機器と他の機器とを接続させる接続配管の分岐部分もレイアウト技法上、一つの機器情報として含んでいる。次にステップＳ９において、機器と他の機器とのつながり情報データが入力され、記憶装置２の機器のつながり情報ファイル記憶領域６に記憶される。
【００１３】
次に、ステップＳ３はステップＳ１０からステップＳ１２で構成され、機器間最小距離情報、機器位置・向き固定情報およびグルーピング情報のデータを含む制約条件情報等のデータが、設計者により入力される。ステップＳ１０において、機器間最小距離情報が入力され、記憶装置３の制約条件ファイル記憶領域７に記憶される。機器間最小距離は、機器の操作性、建設性およびメンテナンス性の面から、機器と機器との間に設けるべき最小限の距離が決められている。さらに、加熱炉のように危険性の高い機器の離すべき距離に関しては、安全性の面から、法令や顧客の基準により規定されている。
【００１４】
次に、ステップＳ１１において、機器位置・向き固定情報が入力され、記憶装置３の制約条件ファイル記憶領域７に記憶される。ここで機器の位置情報として、加熱炉の様に「火」を使用するものに関しては、風下側にレイアウトするなど、機器によってはレイアウト位置がプラント敷地内で指定されることがある。また、向き固定情報として、熱交換器では、メンテナンスの必要上、チューブバンドルの引き出し方向が決められている場合がある。
【００１５】
次に、ステップＳ１２において、必要に応じて実施されるグルーピング情報が入力され、記憶装置３の制約条件情報ファイル記憶領域７に記憶される。このグルーピング情報として、機器の操作性、メンテナンス性および美観の面から熱交換器やポンプなどの複数機器は、整列させたり、現在迄の実績から機器群としてレイアウトすることが決まっており、これらに対応するために幾つかの機器をまとめる手法としてグルーピングが行われる。このグルーピングにより、シミュレーションの対象となる、全体の見かけ上の機器の数を減少できるため、計算上において有利となる。
【００１６】
つぎに、設計者により、ステップＳ４において、評価指標情報が入力され、記憶装置３の評価指標情報ファイル記憶領域８に記憶される。次に、ステップＳ５においてレイアウト技法情報が設定され、記憶装置３の評価情報ファイル記憶領域９に記憶される。次に、ステップＳ６においてジョブ管理情報が設定され、記憶装置３のジョブ管理情報記憶領域２０に記憶される。
次に、ステップＳ１３において、プラントレイアウトの設計が行われる。ステップ１３内部ではステップＳ１４において、記憶装置２および記憶装置３の各データを基にしたプラントレイアウトの演算処理が行われる。
【００１７】
このステップＳ１４のレイアウト計算は、ステップ１５からステップＳ１７の処理で構成されている。ステップＳ１５において、記憶装置２および記憶装置３から必要な各データがプラントレイアウト計算部１１に読み込まれる。次に、ステップＳ１６において、初期配置設定操作を行う。次にステップＳ１７において、機器の配置変更の操作を行い、配置変更した結果と配置変更する前との比較評価がＳＡ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法により行われる。
【００１８】
ここで用いるＳＡ法は、統計力学において溶融状態にある物質を冷却して結晶状態とするプロセスに基づいて考えられた手法で、理論的に大局的な最適解を得ることが保証されている。用いられる基本式は、
Ｑ＝Ａｅｘｐ（−ｅn／ｔ）
であり、ここでＱは遷移確率、Ａは確率分布の規格化のための定数、ｅnは状態エネルギー、ｔは温度パラメータである。与えられた問題の解を求めるとき、遷移確率を変化させるときの温度を高くした場合、遷移確率が高くなり、局所解および大局解を含む全体の解の探索が行え、また、温度を低くした場合、遷移確率が低くなり、局所的な相対的に安定した解の探索が可能となる。
【００１９】
すなわち、温度パラメータを’０’として時間経過させると、状態はエネルギー関数の極小点に収束して止まってしまい、必ずしも最適解である最小点を求めることが出来ない。そこで、始めは高い温度パラメータから出発し、時間経過の後に平衡状態に到達させてから、平衡状態を崩さないように除々に温度パラメータを下げていき、最終的に温度パラメータを’０’の極限に到達させる方法である。除々に冷却して内部欠陥を取り除く「焼き戻し」に対応することから、「シミュレーションによる焼き戻し（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）」と呼ばれている。
【００２０】
次に、ステップＳ１３において、ある程度のプラントレイアウトの解が得られた後、ステップＳ１８において、レイアウトの評価が行なわれる。ここで、ステップＳ１８はステップ１９とステップ２３で構成され、ステップ１９において、レイアウト計算結果が表示装置１４に表示される。この表示ステップＳ１９はステップＳ２０からステップＳ２２で構成され、まず、ステップＳ２０において、各機器のプラント敷地内における配置結果が表示装置１４に表示される。次に、ステップＳ２１において、各機器のプラント敷地内における配置結果の妥当性に対する評価指標が表示装置１４に表示される。次に、ステップＳ２２において、各機器のプラント敷地内における配置結果に至るシミュレーション計算の温度パラメータの収束状況が、表示装置１４に表示される。
【００２１】
次に、ステップＳ２３において、レイアウト計算結果の実際の機器配置に対応させるための修正が行われる。次に、ステップＳ２４において、評価指標および収束状況の妥当性が判断され、満足できるものであればシミュレーションを終了し、満足な結果が得られなければ初期配置の変更および各パラメータの変更を行い、シミュレーションを実行し直すことになり、ステップＳ１またはステップＳ１３に戻り、始めから操作が実行される。
【００２２】
次に、図２のフローチャートのステップＳ１４について、図１を参照し、図３のフローチャートに従い、詳細に説明する。まず、ステップＳ３０において、記憶装置２および記憶装置３に記憶されている各パラメータがプラントレイアウト演算部１１に読み込まれる。この読み込み動作は、まず、ステップＳ３１において、記憶装置２に記憶されている必須入力情報の各パラメータが読み込まれる。ステップＳ３２において、敷地情報が読み込まれ、ステップＳ３３において、機器情報が読み込まれ、ステップＳ３４において、機器のつながり情報が読み込まれる。
【００２３】
次に、ステップＳ３５において、制約条件情報が記憶装置３から読み込まれる。まず、ステップＳ３６において、機器間最小距離情報が読み込まれ、ステップＳ３７において、機器位置・向き固定情報が読み込まれ、ステップＳ３８において、グルーピング情報が読み込まれる。次に、ステップＳ３９において、ＳＡ手法で行われるシミュレーションに使用されるアニーリングの初期温度パラメータと温度パラメータの減少率等のシミュレーティッドアニーリングに関するパラメータ情報が、ステップＳ４０ａにおいて、評価指標を定義する情報が、ステップＳ４０ｂにおいて、ジョブ管理情報が、それぞれプラントレイアウト計算部１１に読み込まれる。
【００２４】
次に、ステップＳ４１において、プラント敷地内で機器を仮に置く、初期配置を設定する。ここでは、プラントレイアウトのシミュレーションに掛ける初期配置状態として、ステップＳ４２において、大きな機器の形状に合わせて全体的に初期配置を行う場合と、ステップＳ４３において、機器の大きさに関係なく、全くランダムに機器の初期配置を行う場合の２つの形状が、択一的にプラントレイアウト計算部１１に入力される。
【００２５】
次に、ステップＳ４４において、シミュレーティッドアニーリング法による繰り返し計算のシミュレーションが行われる。まず、ステップＳ４５において、ステップＳ４２あるいはＳ４３とで読み込まれた初期状態をワーキング部分に読み込んでくる。次に、ステップＳ４６において、ある温度における繰り返し計算回数を制御するために繰り返し回数を初期化する。次に、ステップＳ４７において、与えられた初期配置状態’Ｘ’での、プラント配置の妥当性の評価指標となるプラント敷地内の機器を接続している総配管長’ｆ’を求める。
【００２６】
次に、ステップＳ４８において、配置変更アルゴリズムによる新しい機器配置を作成する。ここで用いられる配置変更アルゴリズムは、図５に示される様にブロックと他のブロックを交換するものである。まず、プラント敷地を格子状に分割し、一定面積の単位セルが作成され、機器の大きさに対応して、たとえばブロック領域ｄ１およびｄ２の様な複数の単位セルを含むブロックが形成される。
【００２７】
このブロックには、機器および機器と機器とを接続する配管が含まれ、制約条件情報であるグルーピング情報により、たとえば３０の大きさの異なるブロックがあらかじめ設定されている。さらに、ここであらかじめ設定される配置交換のためのブロックの形状は、完全な矩形状とは限らず、単位セルが自由に組み合わされた形状である。
【００２８】
そして、ブロックの向きを考慮し、機器の位置・向き固定の条件に違反しない限り、同じ形状であれば、自由に場所と向きとを変えて交換する。すなわち、図５におけるブロック領域ｄ１とｄ２とが、図６で示されるブロックｄ１とｄ２との配置に、向きを変えた上で交換される。ここで、配置交換の対象となるブロックの選択は、プラントレイアウト計算部１１が乱数を発生することで、配置変更の操作毎に択一的に選択され、まったくのランダムな選択手法で行われる。
【００２９】
また、配置変更アルゴリズムにおいて、図７に示される様にブロック領域ｄ１とｄ２との交換を行う場合、図に置いて、ブロック領域ｄ１には、機器が含まれていない白抜きの空き地を示す単位セルが含まれている。このように、空き地も交換の対象とすることが出来る。たとえば、ブロック領域ｄ２が、あらかじめ設定されている形状であるとすると、プラントレイアウト演算部１１は、ブロック領域ｄ２と交換できる形状にブロック領域ｄ１を構成し直す操作を行う。
【００３０】
すなわち、交換するブロックの形状は、あらかじめ設定されるが、内部の単位セルの組み合わせの構成状態は、配置変更のたび毎に、乱数で配置対象となったブロックの形状に対応して、交換相手のブロック、たとえば図７に示されるブロック領域ｄ１が図７（ａ）〜（ｄ）の空き地を示す単位セルを含んだ組み合わせ形状に構成し直される。
【００３１】
次に、ステップＳ４９において、プラントレイアウト演算部１１は、配置変更操作後の配置形状’Ｙ’における機器と機器とを接続している配管の総配管長’ｇ’を計算する。次に、ステップＳ５０において、プラントレイアウト演算部１１は、
Δｆ ＝ ｇ − ｆ
の式に基づき、配置形状’Ｙ’および’Ｘ’のおのおのの総配管長’ｇ’と’ｆ’との差の絶対値’Δｆ’を求める。
【００３２】
次に、ステップ５１およびステップ５２において、ステップＳ５０で求めた’Δｆ’を用いて、プラントレイアウト演算部１１は、配置変更後の評価を式
Δｆ≦０
および
ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ） ＞ ｒ
で行っている。ここで評価パラメータ’ｒ’は、
０ ＜ ｒ ＜ １
の範囲で任意に設定される。また、温度パラメータ’Ｔ’は、ステップＳ３９で読み込まれている値が用いられる。
【００３３】
ここで、Δｆが零よりも小さい場合、あるいはΔｆが零よりも大きく、ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ）の値が、評価パラメータ’ｒ’よりも大きい場合、ステップＳ５３において、プラントレイアウト演算部１１は、ステップＳ４８で得られる新しい配置状態’Ｙ’を採用し、プラントレイアウト演算部１１内部の一時記憶部において’Ｘ’と入れ替える。
また、ステップＳ５２において、ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ）の値が、評価パラメータ’ｒ’よりも小さい場合、配置変更が、妥当ではないと判断し、従来の機器配置状態’Ｘ’のままでステップＳ５４へ進む。
次に、ステップ５４において、ある温度における繰り返し回数を１つ増加させる。
ステップＳ５５において、ある温度における繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数以下であれば、ステップＳ４８に戻し演算処理を繰り返す。また、ある温度における繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数を越えたならば、ステップＳ５６へ進む。
【００３４】
また、ステップＳ５６において、プラントレイアウト演算部１１は、現在の温度パラメータ‘Ｔ’と温度パラメータの減少率‘ａ’との積をとり、次の演算に必要な温度パラメータを作成し、ステップＳ５７へ進む。
【００３５】
このステップＳ５２において、ステップＳ５０で求める、配置変更前と後の配置状態が多少悪く（ここでは、総配管長が長く）なった場合でも、この配置状態を切り捨てずに繰り返して演算に用いることで、中途半端な極値解に陥らずに、より最適解を求める工夫をしている。
【００３６】
次に、ステップＳ５７において、プラントレイアウト演算部１１は、ステップ５６で計算された温度パラメータとあらかじめ設定されているシミュレーション終了温度値との比較を行う。ここで、温度パラメータの値が、シミュレーション終了温度値より大きい場合、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションを終了せず、操作をステップＳ４６に戻し演算処理を繰り返す。
【００３７】
また、ステップＳ５７において、温度パラメータの値が、シミュレーション終了温度値より小さい場合、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションを終了する。次に、ステップＳ５８において、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションの配置結果を表示するためのデータを作成する。同時に、プラントレイアウト計算部１１は、配置結果をレイアウト結果ファイル記憶領域１２に記憶させる。
【００３８】
たとえば、図８に示される機器数が６２個ある初期配置例において、温度パラメータの初期値を変え、上記一実施形態でシミュレーションを行った結果を比較してみると、図９で示す温度パラメータの初期値が’１℃’であった場合、機器の配置変更において、シミュレーションが収束性良く行われる。また、図１０で示す温度パラメータの初期値が’１０℃’であった場合も同様に良好な収束を示している。
【００３９】
また、図１１で示す温度パラメータの初期値が’１００℃’と図１２で示す温度パラメータの初期値が’１０００℃’との場合は、大域的な探索が行われるため、収束性が悪く、計算を繰り返しても総配管長は改善されない。以上の温度パラメータの初期値としては、図９で示される’１０℃’が、シミュレーションを行う前に試算した総配管長に近く、収束性がもっともよいものであった。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態をプラントレイアウトをもとに説明してきたが、本発明はプラントレイアウトだけでなく、オフィス内の机およびＯＡ機器のレイアウト、室内の家具のレイアウト、実験室の実験器具のレイアウトおよび電子機器の配線のレイアウトなど、物の配置を行う全ての場合に応用することが可能である。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、所定の敷地内における配置対象物のレイアウト計画図を作成するレイアウト図作成装置において、敷地内の地図データを記憶する第一の記憶手段と、各配置対象物の大きさや形状を記憶する第二の記憶手段と、配置対象物間の接続関係を記憶する第三の記憶手段と、前記第一の記憶手段に記憶される地図を複数の格子状セルに分割する分割手段と、前記配置対象物を分割手段により生成された前記セルに相当させるため、互いに隣接する複数のセルをまとめてブロック化する手段と、ブロック化した全配置対象物の初期ブロック配置を設定する初期配置設定手段と、地図上における配置対象物相互の接続関係データと各ブロックの位置とから、一のブロックとこれに接続される他のブロックとの接続長さを計算して積算する計算手段と、前記第一記憶手段に記憶されている前記地図上のブロック配置と配置変更可能な他のブロック配置との入れ替えを行う変更手段と、前記交換手段により交換したブロック配置における接続長さと交換前の接続長さとを比較し、所定の条件下で接続長さの短い方のブロック配置を選択する選択手段と、大きさの異なる機器および多数の機器の配置変更がフレキシブルに行われ、従来にない配置形状を持つ配置変更操作が行え、所定の敷地における配置対象物のレイアウト計画が簡易になる効果がある。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のレイアウト図作成装置において、前記選択手段における所定の条件は、変更手段による処理を行う毎に前記計算手段の結果としての接続配管の長さの総計が短くなっていく逐次改善型手法を用いているため、配置変更のシミュレーションにおいて、配置変更問題に対する最小値が得られる効果がある。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載のレイアウト図作成装置において、前記逐次改善型手法としてシミュレーティッドアニーリング法を用いたため、配置変更のシミュレーションにおいて、配置変更問題に対する最小値が得られる効果がある。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３いずれか記載のレイアウト図作成装置において、画像および文字データを表示する表示手段を具備し、前記表示手段が、前記一時記憶手段に記憶される前記地図のデータと、前記交換手段で前記ブロックを交換した後の地図データとを表示するため、初期の配置形状と配置変更後の形状の比較がビジュアルに行え、配置変更のシミュレーションに用いる各パラメータデータの入力が行いやすい効果がある。
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４いずれか記載のレイアウト図作成装置において、配置交換可能なブロックのうち、少なくとも一方を構成しているブロックに、前記配置対象物のいずれもが配置されていないセルが含まれているため、配置対象物だけでなく空き地の交換も行えるので、配置対象物の配置変更操作の自由度が向上する効果がある。
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし請求項５いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのなかで同一の形状であり、同一の大きさであるブロック同士の交換を行うため、配置変更操作が容易に行える効果がある。
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのうち平面形状が合同のブロックを向きにかかわらず同一とみなして置き換えるため、機器の配置変換操作の自由度が向上する効果がある。
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし請求項７いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記所定の敷地が化学プラント用敷地であり、接続長さが機器間の配管長であるため、化学プラントの敷地内での機器の配置の最適化が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作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よるレイアウト図作成装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図６】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図７】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図８】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置に対して入力するプラントレイアウトの初期配置図である。
【図９】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１０】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１１】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１２】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【符号の説明】
１ プラントレイアウト入力部
２ 記憶装置
３ 記憶装置
４ 敷地情報ファイル記憶領域（領域）
５ 機器情報ファイル記憶領域（領域）
６ 機器のつながり情報ファイル記憶領域（領域）
７ 制約条件情報ファイル記憶領域（領域）
８ 評価指標情報ファイル記憶領域（領域）
１０ 計算処理部
１１ プラントレイアウト計算部
１２ レイアウト結果ファイル記憶領域（領域）
１３ プラントレイアウト結果出力部
１４ 表示装置
１５ プリンタ
１６ 他システムファイル記憶領域
２０ ジョブ管理情報記憶領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油精製および石油化学等の化学プラントにおける機器配置を計画する方法に関し、特にプロセス機器設置領域における主要機器の配置計画を決定する方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油精製および石油化学等の化学プラントでは、設計の初期段階に作成される機器の配置計画がプラント全体の生産効率等の良し悪しを大きく左右する。従来の配置計画作成は、計画されているプラントに用いられる主要機器の外形寸法およびＰＦＤ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｌｏｗ Ｄｉａｇｒａｍ）の概略情報に基づいて、プラントの設計者が人手により、
・敷地および建設費の最小化による経済性（経済性）
・敷地全体計画案としてのサイトプラン
・地盤
・風上／風下および搬出入経路となる港湾の方角（方角）
・熱応力をなどを考慮した配管の引き回し
・巡回要員の経路確保（通路性）
・建設機械の設置性および建設作業スペース確保（建設性）
・熱交換器などの配管置き場およびメンテナンス機械の搬入経路確保（メンテナンス性）
の条件を考慮して、図面またはＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）上において機器配置図の作成を行っていた。
【０００３】
そのため、機器配置図の作成は、非常に効率が悪く、また、完成する機器配置図は、設計者各個人の経験や勘に頼り作業が行われるため、個人差が出てしまい、作業内容がばらついてしまう問題があった。そこで、上述した各条件をパラメータとして、あらかじめ設定された一定のルールに従って、コンピュータによりプラント内の機器の配置計画図を作成する機器配置図作成システムが提供されている（特開平８−１５８６７７）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平には、作図作成方法について具体的な記述はないが、前記一定の配置ルールを導入することで、作業効率は向上し、作業内容のばらつきは小さくなる。しかしながら、導入するルールは設計者各個人の経験や勘に従うため主観的で、かつ一義的な解を求める傾向が強いので、得られる配置はルールによって大きく制約されること、代替案が得にくいこと、また最適な配置になっているかどうかが不明である問題点があった。
そこで、この種の配置問題を組み合わせ最適化問題として捉える数学的なアプローチとして、従来より数多くの技法が提案されているが、入力される機器情報に対して、機器の大きさのばらつきが少なく、その配置変更に対応できる機器数も十数個程度の規模の配置問題しか扱うことができない欠点があった。また、機器配置は、演算の初期状態で仮に機器配置図上に置いた機器の位置により、演算結果としての機器配置図における機器の位置が左右されてしまう問題があった。本発明はこのような背景の下になされたもので、演算結果の機器配置図において複数の異なる配置結果を示し、配置対象となる機器の数としては制限を設けずに配置の最適化演算ができ、よって人間の介在を最小限にするレイアウト図作成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
所定の敷地にレイアウトする配置対象物のレイアウト計画図を作成するレイアウト図作成装置において、敷地内の地図データを記憶する第一の記憶手段と、各配置対象物の大きさや形状を記憶する第二の記憶手段と、配置対象物間の接続関係を記憶する第三の記憶手段と、
前記第一の記憶手段に記憶される地図を複数の格子状セルに分割する分割手段と、前記配置対象物を分割手段により生成された前記セルに相当させるため、互いに隣接する複数のセルをまとめてブロック化する手段と、ブロック化した前記配置対象物の初期ブロック配置を設定する初期配置設定手段と、配置対象物相互の接続関係データと各ブロックの位置とから、一のブロックとこれに接続される他のブロックとの接続長さを計算して積算する計算手段と、前記第一の記憶手段に記憶されている前記地図上のブロック配置と配置変更可能な他のブロック配置との入れ替えを行う交換手段と、前記交換したブロック配置における接続長さが所定の条件下で交換前の接続長さより小さくなる交換を選択する手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のレイアウト図作成装置において、前記選択手段における所定の条件は、変更手段による処理を行う毎に前記計算手段の結果としての接続配管の長さの総計が短くなっていく逐次改善型手法に従うことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のレイアウト図作成装置において、前記逐次改善型手法としてシミュレーティッドアニーリング法を用いたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３いずれか記載のレイアウト図作成装置において、画像および文字データを表示する表示手段を具備し、前記表示手段が、前記一時記憶手段に記憶される前記地図のデータと、前記交換手段で前記ブロックを交換した後の地図データと表示することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか記載のレイアウト図作成装置において、配置交換可能なブロックのうち、少なくとも一方を構成しているブロックに、前記配置対象物のいずれもが配置されていないセルが含まれることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記交換手段が、前記複数のブロックのなかで同一の形状であり、同一の大きさであるブロック同士の交換を行うことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのうち平面形状が合同のブロックを向きにかかわらず同一とみなして置き換えることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項７いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記所定の敷地が化学プラント用敷地であり、接続長さが配置対象物である機器間の配管長であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の構成を示すブロック図である。この図において、１は入力部であり、化学プラントを建設するプラント建設用敷地の形状を示す敷地情報データ、プラントに配置する機器の大きさ・形状を示す機器情報データ、プラント敷地内での配管による機器のつながりを示す機器つながり情報データ、配置する機器間隔を制限するための機器間最小距離情報データ、機器の敷地での位置固定および配置の向きに関する機器位置・向き固定情報データ、複数の機器を組み合わせてブロックを作成するためのグルーピング情報データ、レイアウト結果の評価を行うための評価指標情報データ、複数のプログラムの動作を管理するジョブ管理情報データ等が入力され、それぞれのデータを記憶装置２および記憶装置３に記憶させる。
【０００８】
記憶装置２は、敷地情報ファイルが記憶される領域４、機器情報ファイルが記憶される領域５および機器のつながり情報ファイルが記憶される領域６で構成されている。記憶装置３は、機器間最小距離情報、機器位置・向き固定情報およびグルーピング情報等を含む制約条件情報ファイルの記憶される領域７とプラントレイアウト後の評価を行う基準となる評価情報ファイルが記憶される領域８で構成されている。
【０００９】
１０は、計算処理部であり、記憶装置２および記憶装置３に記憶される各情報データを基にプラントレイアウトの機器配置の演算処理を行うプラントレイアウト計算部１１とプラントレイアウトの結果が記憶される記憶装置１２で構成されている。１３はプラントレイアウト結果出力部であり、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータと記憶装置１２に記憶されるプラントレイアウト結果とを表示装置１４、プリンタ１５および他のシステムに接続されている他システムファイル記憶領域１６に出力する。
【００１０】
表示装置１４は、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータとプラントレイアウトの計算結果のデータの表示を行う。プリンタ１５は、記憶装置２および記憶装置３に記憶されるデータとプラントレイアウトの計算結果のデータの印字を行う。記憶装置１６は、他のコンピュータシステムにも接続されており、記憶されるデータが他のコンピュータからアクセスされる。
【００１１】
次に、上記実施形態の動作を、図１を参照し、図２のフローチャートにしたがって説明する。まず、ステップＳ１において、プラントレイアウトの配置図生成に必要なデータが入力される。この入力操作は、設計者が表示装置１４において確認しながら行う。ステップＳ１は、ステップＳ２からステップＳ６で構成されている。ステップＳ２はステップＳ７からステップＳ９で構成され、プラントレイアウトの配置図生成に必ず必要な敷地情報、機器情報および機器のつながり情報のデータを含む必須入力情報が、設計者により入力される。
【００１２】
まず、ステップＳ７において、敷地情報データが入力され、記憶装置２の敷地情報ファイル記憶領域４に記憶される。次にステップＳ８において機器情報データが入力され、記憶装置２の機器情報ファイル記憶領域５に記憶される。ここで、機器情報は、機器と他の機器とを接続させる接続配管の分岐部分もレイアウト技法上、一つの機器情報として含んでいる。次にステップＳ９において、機器と他の機器とのつながり情報データが入力され、記憶装置２の機器のつながり情報ファイル記憶領域６に記憶される。
【００１３】
次に、ステップＳ３はステップＳ１０からステップＳ１２で構成され、機器間最小距離情報、機器位置・向き固定情報およびグルーピング情報のデータを含む制約条件情報等のデータが、設計者により入力される。ステップＳ１０において、機器間最小距離情報が入力され、記憶装置３の制約条件ファイル記憶領域７に記憶される。機器間最小距離は、機器の操作性、建設性およびメンテナンス性の面から、機器と機器との間に設けるべき最小限の距離が決められている。さらに、加熱炉のように危険性の高い機器の離すべき距離に関しては、安全性の面から、法令や顧客の基準により規定されている。
【００１４】
次に、ステップＳ１１において、機器位置・向き固定情報が入力され、記憶装置３の制約条件ファイル記憶領域７に記憶される。ここで機器の位置情報として、加熱炉の様に「火」を使用するものに関しては、風下側にレイアウトするなど、機器によってはレイアウト位置がプラント敷地内で指定されることがある。また、向き固定情報として、熱交換器では、メンテナンスの必要上、チューブバンドルの引き出し方向が決められている場合がある。
【００１５】
次に、ステップＳ１２において、必要に応じて実施されるグルーピング情報が入力され、記憶装置３の制約条件情報ファイル記憶領域７に記憶される。このグルーピング情報として、機器の操作性、メンテナンス性および美観の面から熱交換器やポンプなどの複数機器は、整列させたり、現在迄の実績から機器群としてレイアウトすることが決まっており、これらに対応するために幾つかの機器をまとめる手法としてグルーピングが行われる。このグルーピングにより、シミュレーションの対象となる、全体の見かけ上の機器の数を減少できるため、計算上において有利となる。
【００１６】
つぎに、設計者により、ステップＳ４において、評価指標情報が入力され、記憶装置３の評価指標情報ファイル記憶領域８に記憶される。次に、ステップＳ５においてレイアウト技法情報が設定され、記憶装置３の評価情報ファイル記憶領域９に記憶される。次に、ステップＳ６においてジョブ管理情報が設定され、記憶装置３のジョブ管理情報記憶領域２０に記憶される。
次に、ステップＳ１３において、プラントレイアウトの設計が行われる。ステップ１３内部ではステップＳ１４において、記憶装置２および記憶装置３の各データを基にしたプラントレイアウトの演算処理が行われる。
【００１７】
このステップＳ１４のレイアウト計算は、ステップ１５からステップＳ１７の処理で構成されている。ステップＳ１５において、記憶装置２および記憶装置３から必要な各データがプラントレイアウト計算部１１に読み込まれる。次に、ステップＳ１６において、初期配置設定操作を行う。次にステップＳ１７において、機器の配置変更の操作を行い、配置変更した結果と配置変更する前との比較評価がＳＡ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法により行われる。
【００１８】
ここで用いるＳＡ法は、統計力学において溶融状態にある物質を冷却して結晶状態とするプロセスに基づいて考えられた手法で、理論的に大局的な最適解を得ることが保証されている。用いられる基本式は、
Ｑ＝Ａｅｘｐ（−ｅn／ｔ）
であり、ここでＱは遷移確率、Ａは確率分布の規格化のための定数、ｅnは状態エネルギー、ｔは温度パラメータである。与えられた問題の解を求めるとき、遷移確率を変化させるときの温度を高くした場合、遷移確率が高くなり、局所解および大局解を含む全体の解の探索が行え、また、温度を低くした場合、遷移確率が低くなり、局所的な相対的に安定した解の探索が可能となる。
【００１９】
すなわち、温度パラメータを’０’として時間経過させると、状態はエネルギー関数の極小点に収束して止まってしまい、必ずしも最適解である最小点を求めることが出来ない。そこで、始めは高い温度パラメータから出発し、時間経過の後に平衡状態に到達させてから、平衡状態を崩さないように除々に温度パラメータを下げていき、最終的に温度パラメータを’０’の極限に到達させる方法である。除々に冷却して内部欠陥を取り除く「焼き戻し」に対応することから、「シミュレーションによる焼き戻し（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）」と呼ばれている。
【００２０】
次に、ステップＳ１３において、ある程度のプラントレイアウトの解が得られた後、ステップＳ１８において、レイアウトの評価が行なわれる。ここで、ステップＳ１８はステップ１９とステップ２３で構成され、ステップ１９において、レイアウト計算結果が表示装置１４に表示される。この表示ステップＳ１９はステップＳ２０からステップＳ２２で構成され、まず、ステップＳ２０において、各機器のプラント敷地内における配置結果が表示装置１４に表示される。次に、ステップＳ２１において、各機器のプラント敷地内における配置結果の妥当性に対する評価指標が表示装置１４に表示される。次に、ステップＳ２２において、各機器のプラント敷地内における配置結果に至るシミュレーション計算の温度パラメータの収束状況が、表示装置１４に表示される。
【００２１】
次に、ステップＳ２３において、レイアウト計算結果の実際の機器配置に対応させるための修正が行われる。次に、ステップＳ２４において、評価指標および収束状況の妥当性が判断され、満足できるものであればシミュレーションを終了し、満足な結果が得られなければ初期配置の変更および各パラメータの変更を行い、シミュレーションを実行し直すことになり、ステップＳ１またはステップＳ１３に戻り、始めから操作が実行される。
【００２２】
次に、図２のフローチャートのステップＳ１４について、図１を参照し、図３のフローチャートに従い、詳細に説明する。まず、ステップＳ３０において、記憶装置２および記憶装置３に記憶されている各パラメータがプラントレイアウト演算部１１に読み込まれる。この読み込み動作は、まず、ステップＳ３１において、記憶装置２に記憶されている必須入力情報の各パラメータが読み込まれる。ステップＳ３２において、敷地情報が読み込まれ、ステップＳ３３において、機器情報が読み込まれ、ステップＳ３４において、機器のつながり情報が読み込まれる。
【００２３】
次に、ステップＳ３５において、制約条件情報が記憶装置３から読み込まれる。まず、ステップＳ３６において、機器間最小距離情報が読み込まれ、ステップＳ３７において、機器位置・向き固定情報が読み込まれ、ステップＳ３８において、グルーピング情報が読み込まれる。次に、ステップＳ３９において、ＳＡ手法で行われるシミュレーションに使用されるアニーリングの初期温度パラメータと温度パラメータの減少率等のシミュレーティッドアニーリングに関するパラメータ情報が、ステップＳ４０ａにおいて、評価指標を定義する情報が、ステップＳ４０ｂにおいて、ジョブ管理情報が、それぞれプラントレイアウト計算部１１に読み込まれる。
【００２４】
次に、ステップＳ４１において、プラント敷地内で機器を仮に置く、初期配置を設定する。ここでは、プラントレイアウトのシミュレーションに掛ける初期配置状態として、ステップＳ４２において、大きな機器の形状に合わせて全体的に初期配置を行う場合と、ステップＳ４３において、機器の大きさに関係なく、全くランダムに機器の初期配置を行う場合の２つの形状が、択一的にプラントレイアウト計算部１１に入力される。
【００２５】
次に、ステップＳ４４において、シミュレーティッドアニーリング法による繰り返し計算のシミュレーションが行われる。まず、ステップＳ４５において、ステップＳ４２あるいはＳ４３とで読み込まれた初期状態をワーキング部分に読み込んでくる。次に、ステップＳ４６において、ある温度における繰り返し計算回数を制御するために繰り返し回数を初期化する。次に、ステップＳ４７において、与えられた初期配置状態’Ｘ’での、プラント配置の妥当性の評価指標となるプラント敷地内の機器を接続している総配管長’ｆ’を求める。
【００２６】
次に、ステップＳ４８において、配置変更アルゴリズムによる新しい機器配置を作成する。ここで用いられる配置変更アルゴリズムは、図５に示される様にブロックと他のブロックを交換するものである。まず、プラント敷地を格子状に分割し、一定面積の単位セルが作成され、機器の大きさに対応して、たとえばブロック領域ｄ１およびｄ２の様な複数の単位セルを含むブロックが形成される。
【００２７】
このブロックには、機器および機器と機器とを接続する配管が含まれ、制約条件情報であるグルーピング情報により、たとえば３０の大きさの異なるブロックがあらかじめ設定されている。さらに、ここであらかじめ設定される配置交換のためのブロックの形状は、完全な矩形状とは限らず、単位セルが自由に組み合わされた形状である。
【００２８】
そして、ブロックの向きを考慮し、機器の位置・向き固定の条件に違反しない限り、同じ形状であれば、自由に場所と向きとを変えて交換する。すなわち、図５におけるブロック領域ｄ１とｄ２とが、図６で示されるブロックｄ１とｄ２との配置に、向きを変えた上で交換される。ここで、配置交換の対象となるブロックの選択は、プラントレイアウト計算部１１が乱数を発生することで、配置変更の操作毎に択一的に選択され、まったくのランダムな選択手法で行われる。
【００２９】
また、配置変更アルゴリズムにおいて、図７に示される様にブロック領域ｄ１とｄ２との交換を行う場合、図に置いて、ブロック領域ｄ１には、機器が含まれていない白抜きの空き地を示す単位セルが含まれている。このように、空き地も交換の対象とすることが出来る。たとえば、ブロック領域ｄ２が、あらかじめ設定されている形状であるとすると、プラントレイアウト演算部１１は、ブロック領域ｄ２と交換できる形状にブロック領域ｄ１を構成し直す操作を行う。
【００３０】
すなわち、交換するブロックの形状は、あらかじめ設定されるが、内部の単位セルの組み合わせの構成状態は、配置変更のたび毎に、乱数で配置対象となったブロックの形状に対応して、交換相手のブロック、たとえば図７に示されるブロック領域ｄ１が図７（ａ）〜（ｄ）の空き地を示す単位セルを含んだ組み合わせ形状に構成し直される。
【００３１】
次に、ステップＳ４９において、プラントレイアウト演算部１１は、配置変更操作後の配置形状’Ｙ’における機器と機器とを接続している配管の総配管長’ｇ’を計算する。次に、ステップＳ５０において、プラントレイアウト演算部１１は、
Δｆ ＝ ｇ − ｆ
の式に基づき、配置形状’Ｙ’および’Ｘ’のおのおのの総配管長’ｇ’と’ｆ’との差の絶対値’Δｆ’を求める。
【００３２】
次に、ステップ５１およびステップ５２において、ステップＳ５０で求めた’Δｆ’を用いて、プラントレイアウト演算部１１は、配置変更後の評価を式
Δｆ≦０
および
ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ） ＞ ｒ
で行っている。ここで評価パラメータ’ｒ’は、
０ ＜ ｒ ＜ １
の範囲で任意に設定される。また、温度パラメータ’Ｔ’は、ステップＳ３９で読み込まれている値が用いられる。
【００３３】
ここで、Δｆが零よりも小さい場合、あるいはΔｆが零よりも大きく、ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ）の値が、評価パラメータ’ｒ’よりも大きい場合、ステップＳ５３において、プラントレイアウト演算部１１は、ステップＳ４８で得られる新しい配置状態’Ｙ’を採用し、プラントレイアウト演算部１１内部の一時記憶部において’Ｘ’と入れ替える。
また、ステップＳ５２において、ｅｘｐ（−Δｆ／Ｔ）の値が、評価パラメータ’ｒ’よりも小さい場合、配置変更が、妥当ではないと判断し、従来の機器配置状態’Ｘ’のままでステップＳ５４へ進む。
次に、ステップ５４において、ある温度における繰り返し回数を１つ増加させる。
ステップＳ５５において、ある温度における繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数以下であれば、ステップＳ４８に戻し演算処理を繰り返す。また、ある温度における繰り返し回数が所定の最大繰り返し回数を越えたならば、ステップＳ５６へ進む。
【００３４】
また、ステップＳ５６において、プラントレイアウト演算部１１は、現在の温度パラメータ‘Ｔ’と温度パラメータの減少率‘ａ’との積をとり、次の演算に必要な温度パラメータを作成し、ステップＳ５７へ進む。
【００３５】
このステップＳ５２において、ステップＳ５０で求める、配置変更前と後の配置状態が多少悪く（ここでは、総配管長が長く）なった場合でも、この配置状態を切り捨てずに繰り返して演算に用いることで、中途半端な極値解に陥らずに、より最適解を求める工夫をしている。
【００３６】
次に、ステップＳ５７において、プラントレイアウト演算部１１は、ステップ５６で計算された温度パラメータとあらかじめ設定されているシミュレーション終了温度値との比較を行う。ここで、温度パラメータの値が、シミュレーション終了温度値より大きい場合、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションを終了せず、操作をステップＳ４６に戻し演算処理を繰り返す。
【００３７】
また、ステップＳ５７において、温度パラメータの値が、シミュレーション終了温度値より小さい場合、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションを終了する。次に、ステップＳ５８において、プラントレイアウト計算部１１は、配置変更のシミュレーションの配置結果を表示するためのデータを作成する。同時に、プラントレイアウト計算部１１は、配置結果をレイアウト結果ファイル記憶領域１２に記憶させる。
【００３８】
たとえば、図８に示される機器数が６２個ある初期配置例において、温度パラメータの初期値を変え、上記一実施形態でシミュレーションを行った結果を比較してみると、図９で示す温度パラメータの初期値が’１℃’であった場合、機器の配置変更において、シミュレーションが収束性良く行われる。また、図１０で示す温度パラメータの初期値が’１０℃’であった場合も同様に良好な収束を示している。
【００３９】
また、図１１で示す温度パラメータの初期値が’１００℃’と図１２で示す温度パラメータの初期値が’１０００℃’との場合は、大域的な探索が行われるため、収束性が悪く、計算を繰り返しても総配管長は改善されない。以上の温度パラメータの初期値としては、図９で示される’１０℃’が、シミュレーションを行う前に試算した総配管長に近く、収束性がもっともよいものであった。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態をプラントレイアウトをもとに説明してきたが、本発明はプラントレイアウトだけでなく、オフィス内の机およびＯＡ機器のレイアウト、室内の家具のレイアウト、実験室の実験器具のレイアウトおよび電子機器の配線のレイアウトなど、物の配置を行う全ての場合に応用することが可能である。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、所定の敷地内における配置対象物のレイアウト計画図を作成するレイアウト図作成装置において、敷地内の地図データを記憶する第一の記憶手段と、各配置対象物の大きさや形状を記憶する第二の記憶手段と、配置対象物間の接続関係を記憶する第三の記憶手段と、前記第一の記憶手段に記憶される地図を複数の格子状セルに分割する分割手段と、前記配置対象物を分割手段により生成された前記セルに相当させるため、互いに隣接する複数のセルをまとめてブロック化する手段と、ブロック化した全配置対象物の初期ブロック配置を設定する初期配置設定手段と、地図上における配置対象物相互の接続関係データと各ブロックの位置とから、一のブロックとこれに接続される他のブロックとの接続長さを計算して積算する計算手段と、前記第一記憶手段に記憶されている前記地図上のブロック配置と配置変更可能な他のブロック配置との入れ替えを行う変更手段と、前記交換手段により交換したブロック配置における接続長さと交換前の接続長さとを比較し、所定の条件下で接続長さの短い方のブロック配置を選択する選択手段と、大きさの異なる機器および多数の機器の配置変更がフレキシブルに行われ、従来にない配置形状を持つ配置変更操作が行え、所定の敷地における配置対象物のレイアウト計画が簡易になる効果がある。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のレイアウト図作成装置において、前記選択手段における所定の条件は、変更手段による処理を行う毎に前記計算手段の結果としての接続配管の長さの総計が短くなっていく逐次改善型手法を用いているため、配置変更のシミュレーションにおいて、配置変更問題に対する最小値が得られる効果がある。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載のレイアウト図作成装置において、前記逐次改善型手法としてシミュレーティッドアニーリング法を用いたため、配置変更のシミュレーションにおいて、配置変更問題に対する最小値が得られる効果がある。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３いずれか記載のレイアウト図作成装置において、画像および文字データを表示する表示手段を具備し、前記表示手段が、前記一時記憶手段に記憶される前記地図のデータと、前記交換手段で前記ブロックを交換した後の地図データとを表示するため、初期の配置形状と配置変更後の形状の比較がビジュアルに行え、配置変更のシミュレーションに用いる各パラメータデータの入力が行いやすい効果がある。
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４いずれか記載のレイアウト図作成装置において、配置交換可能なブロックのうち、少なくとも一方を構成しているブロックに、前記配置対象物のいずれもが配置されていないセルが含まれているため、配置対象物だけでなく空き地の交換も行えるので、配置対象物の配置変更操作の自由度が向上する効果がある。
請求項６記載の発明によれば、請求項１ないし請求項５いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのなかで同一の形状であり、同一の大きさであるブロック同士の交換を行うため、配置変更操作が容易に行える効果がある。
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし請求項６いずれか記載の機器配置図作成装置において、前記変更手段が、前記複数のブロックのうち平面形状が合同のブロックを向きにかかわらず同一とみなして置き換えるため、機器の配置変換操作の自由度が向上する効果がある。
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし請求項７いずれか記載のレイアウト図作成装置において、前記所定の敷地が化学プラント用敷地であり、接続長さが機器間の配管長であるため、化学プラントの敷地内での機器の配置の最適化が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作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よるレイアウト図作成装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図６】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図７】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の動作を説明するための図である。
【図８】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置に対して入力するプラントレイアウトの初期配置図である。
【図９】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１０】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１１】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【図１２】 本発明の一実施形態によるレイアウト図作成装置の作成したプラント敷地内における機器配置図である。
【符号の説明】
１ プラントレイアウト入力部
２ 記憶装置
３ 記憶装置
４ 敷地情報ファイル記憶領域（領域）
５ 機器情報ファイル記憶領域（領域）
６ 機器のつながり情報ファイル記憶領域（領域）
７ 制約条件情報ファイル記憶領域（領域）
８ 評価指標情報ファイル記憶領域（領域）
１０ 計算処理部
１１ プラントレイアウト計算部
１２ レイアウト結果ファイル記憶領域（領域）
１３ プラントレイアウト結果出力部
１４ 表示装置
１５ プリンタ
１６ 他システムファイル記憶領域
２０ ジョブ管理情報記憶領域
Claims (8)
- 所定の敷地内における配置対象物のレイアウト計画図を作成するレイアウト図作成装置において、
敷地内の地図データを記憶する第一の記憶手段と、
各配置対象物の大きさや形状を記憶する第二の記憶手段と、
配置対象物間の接続関係を記憶する第三の記憶手段と、
前記第一の記憶手段に記憶される地図を複数の格子状セルに分割する分割手段と、
前記配置対象物を分割手段により生成された前記セルに相当させるため、互いに隣接する複数のセルをまとめてブロック化する手段と
ブロック化した全配置対象物の初期ブロック配置を設定する初期配置設定手段と、地図上における配置対象物相互の接続関係データと各ブロックの位置とから、一のブロックとこれに接続される他のブロックとの接続長さを計算して積算する計算手段と、
前記第一の記憶手段に記憶されている前記地図上のブロック配置と配置変更可能な他のブロック配置との入れ替えを行う変更手段と、前記交換手段により交換したブロック配置における接続長さと交換前の接続長さとを比較し、所定の条件下で接続長さの短い方のブロック配置を選択する選択手段と、
を具備するレイアウト図作成装置。 - 前記選択手段における所定の条件は、変更手段による処理を行う毎に前記計算手段の結果としての接続配管の長さの総計が短くなっていく逐次改善型手法に従うことを特徴とする請求項１記載のレイアウト図作成装置。
- 前記逐次改善型手法としてシミュレーティッドアニーリング法を用いたことを特徴とする請求項２記載のレイアウト図作成装置。
- 画像および文字データを表示する表示手段を具備し、前記表示手段が、前記一時記憶手段に記憶される前記地図のデータと、前記交換手段で前記ブロックを交換した後の地図データとを表示することを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載のレイアウト図作成装置。
- 配置交換可能なブロックのうち、少なくとも一方を構成しているブロックに、前記配置対象物のいずれもが配置されていないセルが含まれることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載のレイアウト図作成装置。
- 前記交換手段が、前記複数のブロックのなかで同一の形状であり同一の大きさであるブロック同士の交換を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載のレイアウト図作成装置。
- 前記変更手段が、前記複数のブロックのうち平面形状が合同のブロックを向きにかかわらず同一とみなして、置き換えることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか記載のレイアウト図作成装置。
- 前記所定の敷地が化学プラント用敷地であり、接続長さが配置対象物である機器間の配管長であることを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか記載のレイアウト図作成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33730396A JP3824364B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | レイアウト図作成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33730396A JP3824364B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | レイアウト図作成装置 |
Publications (2)
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