JP7245483B2 - 自動配管方法、自動配管装置及び自動配管プログラム - Google Patents
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Description
まず、図2乃至図5を参照して、情報入力ステップS100について説明する。情報入力ステップS100は、自動配管処理を行うにあたって、配管エリアや配管(パイプ)に関する情報を取得するためのものである。図2は、情報入力ステップS100の詳細フローチャートである。情報入力ステップS100は、エリア情報入力ステップS101、配管情報入力ステップS102及びコスト情報入力ステップS103を含んでいる。
図3は、エリア情報入力ステップS101の説明図であり、船舶の機関室平面を示している。外殻40を除く機関室内には、主機関等の障害物10や燃料系統のパイプを配置出来ないエリア20が存在している。従って、これらを除いたエリアが全系統のパイプ配置可能エリア30となる。エリア情報入力ステップS101では、配管可能なエリア30の情報が機関室内に設定されたX-Y座標として入力される。
図4は、配管情報入力ステップS102の説明図である。配管情報入力ステップS102では、機関室に配置される対象配管すべての、ID、口径、位置情報(始点のX-Y座標、終点のX-Y座標)及び系統名が入力される。
図5は、コスト情報入力ステップS103の説明図である。コスト情報入力ステップS103では、口径及び配管経路の違いによるコストへの影響に関する情報が入力される。図5(1)口径別コストとは、各口径についての単位長さ(1m)当たりのコスト(CA)、曲げコスト(CB)及び交差コスト(CC)である。単位長さ当たりのコストCAは、基本的に原材料費に起因するものである。曲げコストCBは、途中で曲がる経路である場合にパイプを曲げて方向を変えるために生じるコストであり、これを曲げコスト情報という。交差コストCC(交差コスト情報)は、途中で他のパイプと交差する経路である場合にパイプを曲げて迂回するために生じるコストであり、これを交差コスト情報という。いずれも口径が太くなるほど高くなっている。
次に、図6乃至図12を参照して、ネットワーク作成ステップS200について説明する。ネットワーク作成ステップS200は、次の配管経路設計ステップS300において配管を配置していくための場所となるネットワークを作成するものである。図6は、ネットワーク作成ステップS200の詳細フローチャートである。ネットワーク作成ステップS200は、エリア分割ステップS201、ネットワーク摘出ステップS202及びネットワーク更新ステップS203を含んでいる。
図7は、エリア分割ステップS201及びネットワーク摘出ステップS202の説明図である。エリア分割ステップS201では、配管可能なエリア(図3のエリア30)が格子状に分割される。そして、ネットワーク摘出ステップS202では、分割したエリアの格子状のネットワークが摘出される。摘出されたネットワークは、主機関等の障害物を除いた配管可能なエリアを正方形のマス目で表したものである。格子の間隔については、配管設計に必要な精度や計算時間等から適宜定めることができる。なお、ネットワークを構成するマス目の交点を「ノード」、交点と交点を結ぶ線を「エッジ」と呼ぶ。
図8乃至図12は、ネットワーク更新ステップS203の説明図である。ネットワーク更新ステップS203では、ネットワーク摘出ステップS202で摘出されたネットワークが、配管経路の違いによるコストへの影響を反映するように更新される。ここで、配管経路の違いによるコストへの影響として、配管の曲げによる影響及び配管の交差による影響を挙げることができる。
次に、図13乃至図20を参照して、配管経路設計ステップS300について説明する。配管経路設計ステップS300は、情報入力ステップS100で入力された情報と、ネットワーク作成ステップS200で作成されたネットワークを用いて、具体的に配管経路を探索しながら最適な配管経路を設計していくものである。図13は、配管経路設計ステップS300の詳細フローチャートである。配管経路設計ステップS300は、初期母集団生成ステップS301、配管経路探索ステップS302(1本の配管経路探索ステップS303、探索終了判定ステップS304)、コスト計算ステップS305、最適化終了判定ステップS306及び次世代集団生成ステップS307を含んでいる。そして、全体が配管経路最適化ステップS308となっている。
図14は、初期母集団生成ステップS301の説明図である。本実施形態では、配管経路最適化の手法として遺伝的アルゴリズムを用いる。遺伝的アルゴリズムは、初期母集団に対して、選択・交叉・突然変異という操作を繰り返し、より優秀な遺伝子列の集団を生成するものである。複数の配管の配管経路を最適化するためには、対象の配管をどのような順番で配置していくかが大きく影響する。そのため、本実施形態では、複数の配管の設計順を遺伝子列として定める。図14に示す遺伝子列は、左から順番に記載されたIDの配管を配置することを表している。なお、初期母集団はランダムに生成することができるが、初期母集団が違えば得られる結果も異なることから、初期母集団を多数生成して、異なる初期母集団ごとに配管経路設計ステップS300を行うようにしてもよい。
次に、初期母集団生成ステップS301で生成した初期母集団における配置順に従い、更新したネットワーク上に複数の配管をコストが最小になるように順次配置していく。
まず、図15乃至図18を参照して、配管経路探索ステップS302における1本の配管経路探索ステップS303について説明する。1本の配管経路探索ステップS303は、ネットワークにおいて、ある1本の配管経路を探索するものである。図15は、1本の配管経路探索ステップS303の詳細フローチャートである。1本の配管経路探索ステップS303は、配管情報取得ステップS3031、始点終点設定ステップS3032、コスト情報設定ステップS3033、最短経路探索ステップS3034及びネットワーク反映ステップS3035を含んでいる。
図16は、配管情報取得ステップS3031、始点終点設定ステップS3032及びコスト情報設定ステップS3033の説明図である。配管情報取得ステップS3031では、入力済の配管情報の中から対象の配管の情報(ID=3)が取得される。そして、始点終点設定ステップS3032では、配管情報に基づいてネットワーク上に、対象の配管の始点終点のノードが設定される。また、同様にコスト情報設定ステップS3033では、配管情報に基づいてネットワーク上の各エッジに、対象の配管のコスト情報(口径=50)が設定される。なお、ネットワーク作成ステップS200で作成されたネットワークは、配管経路の違いによるコストへの影響を反映するようになっているので、ネットワークのエッジには、単位長さ当たりのコストだけではなく、曲げコスト及び交差コストも設定される。
図17は、最短経路探索ステップS3034の説明図である。最短経路探索ステップS3034では、設定された始点ノードから終点ノードまでの最短経路が探索される。ここでいう最短経路とは、距離的に最短であり、かつ曲げコストや交差コストを考慮した上でコスト的にも最小となるものである。そのために、ネットワークのエッジには、単位長さ当たりのコストだけではなく、曲げコスト及び交差コストも設定されているのである。本実施形態では、最短経路探索の手法としてDijkstra法(ダイクストラ法)を用いる。Dijkstra法は、最短経路を幅優先探索によって求めるアルゴリズムである。
図18は、ネットワーク反映ステップS3035の説明図である。ネットワーク反映ステップS3035では、最短経路探索ステップS3034で決定した1本の配管の最短経路をネットワークに反映させる。具体的には、最短経路が通過する各エッジに、配管のID、口径等の情報を記録する。以上により、1本の配管経路探索ステップS303が完了する。
探索終了判定ステップS304では、対象の全ての配管について配管経路を探索したかどうか判定し、全ての配管経路を探索するまで、1本の配管経路探索ステップS303を行う。以上により、初期母集団生成ステップS301で生成した初期母集団における設計順に従い、更新したネットワーク上に複数の配管をコストが最小になるように順次配置される。
図19は、コスト計算ステップS305の説明図である。コスト計算ステップS305では、配置された全ての配管経路のコストを合計して総コストを算出する。ここで算出された総コストが、配管経路最適化の評価値となる。
最適化終了判定ステップS306では、配管経路探索ステップS302及びコスト計算ステップ305を繰り返すかどうかを判定する。判定基準としては、評価値がある閾値より小さくなった場合や、遺伝的アルゴリズムによる世代交代回数が規定の回数を超えた場合など、遺伝的アルゴリズムによる最適化の収束についての基準値を予め設定しておく。
図20は、次世代集団生成ステップS307の説明図である。次世代集団生成ステップS307では、現世代集団の遺伝子列に対して、選択・交叉・突然変異の操作を繰り返し、次世代集団を生成する。そして、新たな複数の配管の新たな配置順に従い、配管経路探索ステップS302及びコスト計算ステップS305を繰り返す。
以上のように、配管経路最適化ステップS308は、遺伝的アルゴリズムによる最適化手法を用いながら、配管経路探索ステップS302及びコスト計算ステップS305を繰り返して、総コストが最小となるような配管経路を選択するものである。
20 燃料系統のパイプを配置出来ないエリア20
30 全系統のパイプ配置可能エリア30
40 外殻
100 情報入力手段
200 ネットワーク作成手段
300 配管経路設計手段
400 エリア情報・配管情報・コスト情報DB
500 ネットワーク情報DB
Claims (6)
- 複数の配管の配管経路を設計する自動配管装置が実行する自動配管方法であって、
配管可能なエリアの情報を入力するエリア情報入力ステップと、配置される複数の配管の口径及び位置情報を入力する配管情報入力ステップと、口径及び配管経路の違いによるコストへの影響に関するコスト情報を入力するコスト情報入力ステップと、を含む情報入力ステップと、
前記配管可能なエリアを格子状に分割するエリア分割ステップと、分割したエリアのネットワークを摘出するネットワーク摘出ステップと、配管経路の違いによるコストへの影響を反映するように、ネットワークのノード部分を細分化してコストを設定するエッジを設けてネットワークを更新するネットワーク更新ステップと、を含むネットワーク作成ステップと、
更新したネットワーク上に複数の配管をコストが最小になるように順次配置していく配管経路探索ステップと、配置した複数の配管の総コストを計算するコスト計算ステップと、前記配管経路探索ステップ及び前記コスト計算ステップを、複数の配管の配置順を変えながら繰り返して総コストが最小となるような配管経路を選択する配管経路最適化ステップと、を含む配管経路設計ステップと、
を含むことを特徴とする自動配管方法。 - 前記コスト情報が、配管の曲げによるコストへの影響に関する曲げコスト情報を含み、
前記ネットワーク更新ステップが、前記曲げコスト情報を反映するようにネットワークを更新することを特徴とする請求項1に記載の自動配管方法。 - 前記コスト情報が、配管の交差によるコストへの影響に関する交差コスト情報を含み、
前記ネットワーク更新ステップが、前記交差コスト情報を反映するようにネットワークを更新することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の自動配管方法。 - 前記コスト情報が、複数の配管の集束化によるコストへの影響に関する集束化コスト情報を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちいずれか1つに記載の自動配管方法。
- 複数の配管の配管経路を設計する自動配管装置であって、
配管可能なエリアの情報を入力するエリア情報入力手段と、配置される複数の配管の口径及び位置情報を入力する配管情報入力手段と、口径及び配管経路の違いによるコストへの影響に関するコスト情報を入力するコスト情報入力手段と、を有する情報入力手段と、
前記配管可能なエリアを格子状に分割するエリア分割手段と、分割したエリアのネットワークを摘出するネットワーク摘出手段と、配管経路の違いによるコストへの影響を反映するように、ネットワークのノード部分を細分化してコストを設定するエッジを設けてネットワークを更新するネットワーク更新手段と、を有するネットワーク作成手段と、
更新したネットワーク上に複数の配管をコストが最小になるように順次配置していく配管経路探索手段と、配置した複数の配管の総コストを計算するコスト計算手段と、前記配管経路探索手段及び前記コスト計算手段による処理を、複数の配管の配置順を変えながら繰り返して総コストが最小となるような配管経路を選択する配管経路最適化手段と、を有する配管経路設計手段と、
を有することを特徴とする自動配管装置。 - 複数の配管の配管経路を設計する自動配管装置に、
配管可能なエリアの情報を入力するエリア情報入力ステップと、配置される複数の配管の口径及び位置情報を入力する配管情報入力ステップと、口径及び配管経路の違いによるコストへの影響に関するコスト情報を入力するコスト情報入力ステップと、を含む情報入力ステップと、
前記配管可能なエリアを格子状に分割するエリア分割ステップと、分割したエリアのネットワークを摘出するネットワーク摘出ステップと、配管経路の違いによるコストへの影響を反映するように、ネットワークのノード部分を細分化してコストを設定するエッジを設けてネットワークを更新するネットワーク更新ステップと、を含むネットワーク作成ステップと、
更新したネットワーク上に複数の配管をコストが最小になるように順次配置していく配管経路探索ステップと、配置した複数の配管の総コストを計算するコスト計算ステップと、前記配管経路探索ステップ及び前記コスト計算ステップを、複数の配管の配置順を変えながら繰り返して総コストが最小となるような配管経路を選択する配管経路最適化ステップと、を含む配管経路設計ステップと、
を実行させるための自動配管プログラム。
Applications Claiming Priority (3)
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-
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- 2021-11-30 JP JP2022552293A patent/JP7245483B2/ja active Active
- 2021-11-30 WO PCT/JP2021/043726 patent/WO2022118806A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
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