JPH07175844A - 知的設計システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】個々の部品の組み合わせによる製品合成や、限
られた空間内への部品配置などの設計を、計算規模を限
定して実現できる知的設計システムを提供する。 【構成】構成要素の選択手順や選択した構成要素の配置
位置を決める逐次決定手順を格納した逐次手順ファイル
４と、逐次決定処理に適用される制約条件や評価基準を
格納した制約条件ファイル５とを参照し、逐次構成作成
部３が、処理対象の構成要素のデータが格納されている
構成要素ファイル２から、構成要素を選択して配置を逐
次決定する処理を繰り返し初期暫定解を求める。構成改
善部６は、この初期暫定解を入力として、逐次決定手順
とは異なる改善手順を格納した改善手順ファイル７と、
改善処理に適用される制約条件や改善評価基準を格納し
た改善基準ファイル８とを参照し、逐次決定処理の複数
の繰り返しサイクル以前の状態から改善処理を実施し、
初期暫定解を改善した最終解を得求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は個々の構成要素を組み合
わせて目的とする全体構成を得るための知的設計システ
ムに関し、特に部品合成，空間への積み込み等を目的と
する知的設計システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の寸法の直方体の荷物を一定の容器
にできるだけ多く詰め込む場合のように、個々の構成要
素を組み合わせて目的とする全体構成を合成する業務に
おいては、どの構成要素をどのような順番でどのように
配置していくかという指示は、従来、熟練した作業担当
者が経験に基づいて行っている。すなわち、熟練した作
業担当者は、満足すべき制約条件や結果を判断する評価
項目を考慮し、経験に基づく処理手順に従って実行し、
より良い解を得るための改善手順を直感的に判断して適
宜組み込み、目的とする全体構成を得ている。

【０００３】このような業務を情報処理システム化する
ためには、一般的には、すべての構成可能な組み合わせ
案を作成し、その中から最も評価の良い案を選択するこ
とで最終解を得ることが可能である。このような基本方
針に従って、従来から数学的手法を用いた多くの方法が
試みられてきた。しかし、これらの多くの方法は、莫大
な計算量を必要とし、装置規模が大きくなり実時間内に
解が得られないとか、計算量削減のために組み合わせ数
を制限して評価を行うと解の精度が悪化するなどの原因
により実用システムとすることが難しかった。従って、
作業担当者の経験的作業に頼る結果となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように個々の
構成要素を組み合わせて全体構成を合成する業務は、熟
練した作業担当者の経験的作業に頼っているため、ごく
限られた作業担当者しか作業指示が行えず、該当する作
業担当者の負荷が増大するとか、複数担当者間の能力の
違いにより全体構成に優劣が発生するなどの問題点があ
った。

【０００５】本発明の目的は、従来熟練作業担当者に依
存していた上述の業務を、従来の経験的知識を活用して
計算の規模を限定することにより、実用規模の計算機シ
ステムを使用して実行できる知的設計システムを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の知的設計システ
ムは、個々の構成要素を組み合わせて目的とする全体構
成を合成するための知的設計システムにおいて、個々の
構成要素のデータを格納した構成要素ファイルと、構成
要素をどのような順序で選択するかを記述した選択手順
や選択した構成要素の配置をどのようにして逐次決定し
ていくかを記述した逐次決定手順を格納した逐次手順フ
ァイルと、前記選択手順や逐次決定手順に適用される制
約条件や逐次評価基準を格納した制約条件ファイルと、
前記逐次手順ファイル及び制約条件ファイルを参照し前
記構成要素ファイルから構成要素を選択して配置を決定
する逐次決定処理を繰り返し実行し初期暫定解を求める
逐次構成作成部と、前記初期暫定解を改善するために少
なくとも前記逐次構成作成部における逐次決定処理の複
数の繰り返しサイクル以前の状態から実施する改善処理
手順を格納した改善手順ファイルと、前記改善処理手順
に適用される制約条件や改善評価基準を格納した改善基
準ファイルと、前記改善手順ファイル及び改善基準ファ
イルを参照して前記逐次構成作成部で作成された前記初
期暫定解を改善し改善解を求める構成改善部とを備えて
構成されている。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【０００８】図１は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【０００９】本実施例の知的設計システムは、図１に示
すように、入力端末１と、構成要素ファイル２と、逐次
構成作成部３と、逐次手順ファイル４と、制約条件ファ
イル５と、構成改善部６と、改善手順ファイル７と、改
善基準ファイル８と、表示端末９とから構成されてい
る。

【００１０】構成要素ファイル２は、入力端末１から入
力された処理対象の個々の構成要素のデータが格納され
るファイルである。ここに、個々の構成要素の形状，重
量，容積などの諸元データや、回転可否（横置きしてよ
いか），上積み可否など個々の構成要素に固有な制約に
関する情報などが格納される。

【００１１】逐次構成作成部３は、逐次手順ファイル４
及び制約条件ファイル５から情報を取り込み、指定され
た手順に従って制約条件や評価基準を適用しながら、構
成要素ファイル２から構成要素を選択し逐次配置を決定
する処理を繰り返し、すべての構成要素の配置を決定し
て初期暫定解を決定する。ここで、逐次手順ファイル４
には、構成要素ファイル２から処理対象とする構成要素
を選択する順序（選択手順）や、選択した構成要素の配
置をどのようにして逐次決定していくかを記述した逐次
決定手順が格納されており、制約条件ファイル５には、
小さな箱の上には大きな箱は置けないといった構成要素
間の重なりの可否や、高さの上限値などの共通に適用さ
れる制約条件と、選択された構成要素の配置を逐次決定
する際に良否を判定するための逐次評価基準とが格納さ
れている。逐次構成作成部３により作成された初期暫定
解は、構成改善部６に渡される。

【００１２】図２は、逐次構成作成部３における処理手
順を示した流れ図である。図２に示すように、まずステ
ップＳ１において、処理対象とする構成要素を構成要素
ファイル２から選択する。この選択順序は、逐次手順フ
ァイル４の中に格納されている経験的知識に基づく効率
的な積み込み手順、例えば「体積の大きい順に積む」と
か「重量の重い順に積む」といった選択手順のうち、利
用者が指定したものが適用される。次に、ステップＳ２
において、処理対象として選択した構成要素のどの面を
既に積み込まれているどの構成要素のどの面に接触させ
て配置するかを判断し、複数の配置位置候補を決定す
る。この処理は、制約条件ファイル５に格納されている
制約条件、例えば「上積み不可の構成要素の上に他の構
成要素は積めない」という条件や個々の構成要素の固有
の制約情報とを考慮しながら、逐次手順ファイル４に格
納されている逐次決定手順中の配置位置候補決定の優先
順序に従って行い、一定の条件に合うものだけを決定し
て処理を打ち切る。ステップＳ３において、ステップＳ
２で決定された複数の配置位置候補の中から、「要素同
志の接触面が大きいほど良い」といった逐次評価基準と
して登録されている知識を利用し、最適と思われる配置
位置を選択する。

【００１３】上述したステップＳ１からステップＳ３ま
での処理を、選択順に従ってすべの構成要素に対して繰
り返し、配置位置を逐次決定していくことにより初期暫
定解を作成する。なお、ステップＳ１で１個の構成要素
を選択するのではなく、複数（例えば２個）の構成要素
を選択し、これらの配置位置をまとめて決定する処理を
１段階とし、この段階（処理レベル）を繰り返すことに
より初期暫定解を得るように構成することもできる。
又、逐次手順ファイル４及び制約条件ファイル５には、
システムが標準的に提供するもののほか、利用者独自の
経験的知識に基づいた手順を記述したプログラムや制約
条件を登録することも可能である。

【００１４】構成改善部６は、改善手順ファイル７及び
改善基準ファイル８から情報を取り込み、逐次構成作成
部３により作成された初期暫定解の構成要素間の位置関
係を改善評価基準を参照しながら改善処理手順に従って
包括的な処理で修正する。ここで、改善手順ファイル７
には、少なくとも逐次構成作成部３における逐次決定処
理の繰り返しサイクルの２サイクル以上前の状態に戻っ
て実施する改善処理手順が格納されており、改善基準フ
ァイル８には、この改善処理手順に適用される制約条件
や改善評価基準が格納されている。改善処理に適用され
る制約条件および評価基準は、逐次構成作成部３の逐次
決定処理に適用されるものと同一の場合も異なる場合も
あり、経験的知識により任意に登録すればよいものであ
るが、目的とする全体構成の評価関数、例えば外郭直方
体（各軸の最大値で決まる構成要素の集まりに外接する
直方体）の体積の評価関数が含まれる。構成改善部６に
より改善された最終解は、表示端末９に表示される。

【００１５】次に、上述のように構成された本実施例の
動作の概念を理解するため、簡単な具体例を用いて更に
詳細に説明する。具体例としては、図３に示すような構
成要素Ａ，Ｂ，Ｃを直方体の容器の中に効率的に積み込
むものを想定する。実際にはトラックの荷台への配送荷
物の積み込み等が該当する。

【００１６】構成要素ファイル２には、構成要素Ａ，
Ｂ，Ｃの寸法と回転可，回転不可などの固有の制約情報
が格納されており、選択手順に従って体積の大きいもの
から構成要素Ａ，Ｂ，Ｃの順で選択されるものとして、
逐次構成作成部３の処理を考える。まず、構成要素Ａが
配置された図３中の「現在」の状態から、構成要素Ｂが
選択されその配置位置が決定されるまでの過程を考え
る。構成要素の選択が終了すると、図２のステップＳ２
の処理として配置位置候補の決定が行われる。配置位置
候補決定の優先順序として、逐次手順ファイル４に「構
成要素同志の接触面積が大きいこと」「構成要素と容器
との接触面積が大きいこと」の順で指定されているとす
ると、この優先順序が適用されて構成要素Ｂの最も広い
面が構成要素Ａと接触し他の面が容器と接触する図３中
に「候補１」「候補２」「候補３」で示す３候補が決定
される。この例の場合、構成要素Ｂの他の面が構成要素
Ａと接触する状態は、構成要素同志の接触面積の差が大
きいため、ここで処理が打ち切られて候補から除外され
ている。

【００１７】続いて、図２のステップ３の処理として上
述の３候補の中から配置位置の選択が行われる。図４
は、配置位置の選択に用いられる評価方法の説明図であ
る。評価は、各配置位置候補に対して制約条件ファイル
５の制約の適用結果を得点として表し、これらを合計し
た評価点の高いものを選択する。各制約に対する得点の
付与は、制約の適用優先順に従って重み付けを行う重み
付け加点法を主体とし、システムの準備したいくつかの
戦略から選択可能とする。利用者独自の戦略があれば、
制約条件ファイル５にプログラムを登録して利用するこ
とができる。

【００１８】図４には、上述した既に構成要素Ａが配置
されているところに構成要素Ｂを配置する場合と併せ、
構成要素Ｂの配置を決定した後に次の構成要素Ｃを配置
する場合も示してある。ここで、評価対象の制約として
は、配置位置候補の決定の際にも適用された「構成要素
同志の接触面積が大きいこと」「構成要素と容器との接
触面積が大きいこと」に加え、全体構成の評価にも適用
される「外郭直方体の体積が小さいこと」が指定されて
おり、得点はそれぞれ候補中の最良値を満点とする比例
値で与えられている。なお、容器との接触面積は適用順
位が低いために１０点満点であり、その他は１００点満
点で評価している。この結果、構成要素Ｂの配置位置
は、評価点が最高の判定欄に二重丸を付けた「候補３」
に決定される。構成要素Ｂの配置位置が「候補３」に決
定された後、構成要素Ｃの配置位置を決定する場合に
は、同様にして「候補９」（図３参照）が選択される。

【００１９】なお、比較評価の結果すべての配置位置候
補の評価点が同じであった場合は、配置位置候補を決定
する際の優先順序が先のものを選択する。例えば、図３
において、「候補１」「候補２」「候補３」の順序で候
補位置候補を決定する場合には、「候補１」を選択する
ようにして逐次決定処理が停止しないようにする。

【００２０】以上は、構成要素を一つずつ選択し、その
配置位置を逐次決定していく場合であるが、一つの構成
要素のみ考慮するよりも、複数の構成要素をまとめて評
価する方がよい場合がある。このような評価を行う場合
は、図３に示すように、構成要素Ｂに対する「候補１」
「候補２」「候補３」の３候補について、それぞれに構
成要素Ｃを配置する場合の配置位置候補として「候補
４」〜「候補１０」の７候補を決定し、これらの７候補
をまとめて比較評価して評価点の最良の候補を選択す
る。構成要素Ｂを配置する処理レベル１と、構成要素Ｃ
を配置する処理レベル２とを、前述した図４の場合と同
様の基準でまとめて評価すると図５のようになり、「候
補７」が最良案として選択されることになる。このよう
な評価方法では、処理レベルの数を増やすと一般に解の
品質が向上するが、それだけ候補の数が増えて計算量が
多くなるため、計算量と解の品質のどちらを取るかを決
断する必要がある。又、各処理レベルで採用される候補
の数を少なくするために、候補決定の際の制約を厳しく
するなどの配慮が必要となる。

【００２１】ここで、初期暫定解を改善し最終解を得る
構成改善部６の動作を、図３に示した具体例を用いて説
明する。上述したように、構成要素を一つずつ選択して
配置位置を決定していくと、逐次構成作成部３により初
期暫定解として「候補９」が選択される。改善手順ファ
イル７には、逐次決定処理の繰り返しサイクルの２サイ
クル前の状態に戻って実施する改善処理手順が格納され
ており、構成要素Ｂを配置するところから改善処理が行
われる。その手順としては、前述した構成要素Ｂ，Ｃを
まとめて評価する方法を採用すれば、「候補４」〜「候
補９」を比較評価することにより「候補７」が選択され
る。なお、改善基準ファイル８の制約条件や改善評価基
準は、逐次決定処理に適用されるものと同一とする。

【００２２】しかしながら、改善処理においては、「候
補４」〜「候補１０」のすべてを評価対象としなくても
よい。すなわち「候補９」から出発して「現在」の状態
に戻り再処理を行うのではなく、図６に示すように、構
成要素Ｃを「候補９」の状態と同じ容器壁面に接触させ
たまま構成要素Ｂの位置を変えるという処理手順によ
り、直接的に「候補４」及び「候補６」を求め、次に構
成要素Ｃを「構成要素同志の接触面積が大きい」という
優先度の高い個別評価を上げるように移動させることに
より「候補７」が得られる。「候補６」の場合には評価
を上げるような移動は存在しない。そこで「候補９」
「候補７」「候補６」を「外郭の直方体の体積が小さ
い」という全体構成の最終評価基準で評価すると「候補
７」が選択される。このような手順を用いると、改善処
理に必要な計算量を少なくすることができる。

【００２３】上述の説明では、逐次構成作成部ですべて
の構成要素の配置位置を決定して初期暫定解とし、これ
を構成改善部で改善して最終解とするものとしたが、全
体の処理を複数の段階に分け、初期暫定解を作成して改
善するサイクルを複数回繰り返して最終解を求めるよう
にしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の知的設計
システムにおいては、個々の構成要素を組み合わせて目
的とする全体構成を作成する作業を、実際に熟練した作
業担当者が行う手順とノウハウをシステムに格納するこ
とにより、莫大な計算量を伴うことなく、作業担当者の
負荷の軽減や、作成した結果の品質の平等化ができると
いう効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１における逐次構成作成部の処理を示す流れ
図である。

【図３】本実施例における処理過程を具体例により説明
するための説明図である。

【図４】構成要素の配置位置を選択決定する際の評価方
法の説明図である。

【図５】複数構成要素の配置位置をまとめて決定する際
の評価方法の説明図である。

【図６】図１の構成改善部における改善処理の具体例に
よる説明図である。

【符号の説明】

１ 入力端末 ２ 構成要素ファイル ３ 逐次構成作成部 ４ 逐次手順ファイル ５ 制約条件ファイル ６ 構成改善部 ７ 改善手順ファイル ８ 改善基準ファイル ９ 表示端末

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 個々の構成要素を組み合わせて目的とす
   る全体構成を合成するための知的設計システムにおい
   て、個々の構成要素のデータを格納した構成要素ファイ
   ルと、構成要素をどのような順序で選択するかを記述し
   た選択手順や選択した構成要素の配置をどのようにして
   逐次決定していくかを記述した逐次決定手順を格納した
   逐次手順ファイルと、前記選択手順や逐次決定手順に適
   用される制約条件や逐次評価基準を格納した制約条件フ
   ァイルと、前記逐次手順ファイル及び制約条件ファイル
   を参照し前記構成要素ファイルから構成要素を選択して
   配置を決定する逐次決定処理を繰り返し実行し初期暫定
   解を求める逐次構成作成部と、前記初期暫定解を改善す
   るために少なくとも前記逐次構成作成部における逐次決
   定処理の複数の繰り返しサイクル以前の状態から実施す
   る改善処理手順を格納した改善手順ファイルと、前記改
   善処理手順に適用される制約条件や改善評価基準を格納
   した改善基準ファイルと、前記改善手順ファイル及び改
   善基準ファイルを参照して前記逐次構成作成部で作成さ
   れた前記初期暫定解を改善し改善解を求める構成改善部
   とを備えたことを特徴とする知的設計システム。