JP2007148650A - 設備配置計画支援システムと方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を可能とし、複雑な問題の最適解を容易に取得可能として、基本設計レベルでの設備配置計画を包括的に支援可能とする。
【解決手段】設備配置計画支援システム１００は、インタフェース部１１０、パラメータ設定部１２０、配置計算部１３０、連携制御部１４０を備えている。パラメータ設定部１２０は、入力画面上における操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０により入力される指示またはデータに基づき、設計パラメータおよび目的パラメータを設定または修正する。配置計算部１３０は、設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する。連携制御部１４０は、パラメータ設定部１２０と配置計算部１３０を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多数の機器を有する発電プラント等の設備配置計画を支援する技術に係り、特に、基本設計レベルでの設備配置計画を包括的に支援するための技術に関するものである。

多数の機器を有する発電プラント等の各種プラント設備の配置計画は、一般的に、図１１に示すように、概念設計段階１１０１、基本設計段階１１０２、詳細設計段階１１０３、という３つの段階に大きく分けることができる。以下には、この３段階の概念を用いた場合における発電プラント設備の配置計画の概要について簡単に説明する。

まず、概念設計段階では、発電設備の熱効率や配置区域に関わる敷地形状や外部との取合点の位置といった発電設備の大綱的な設計方針が、立地条件や発電所運用上の基本指針などに基づいて、主として人間系の判断によって定められる。次に、基本設計段階では、概念設計段階で定められた大綱的な設計方針に従って、ボイラ、タービン発電機、大口径配管などの主要な機器の配置が決められる。最後に、詳細設計段階においては、補助的な機器の配置や小口径配管あるいは電気ケーブル等のルートが、３次元ＣＡＤ等のコンピュータ援用設計ツールを駆使して設計される。

このうち、特に、主要機器のレイアウトを決める基本設計段階においては、機器の特性や機器を配置する配置区域形状などの多くの設計パラメータを考慮しつつ、コスト／工期／メンテナンス性のように背反する複数の目的パラメータを同時に追求することが頻繁に発生する。複数の目的のトレードオフ分析と、これに対する最適設計パラメータ群との関係を明確化し、プロジェクトに関わるメンバーの共通認識とすることは、コンカレント性が希求されるエンジニアリングフロー、とりわけ上流における意思決定を合理的に行うことに繋がり、コスト超過や配置設計のやりなおし、納期遅延といったプロジェクトリスクを回避する上で重要である。

基本設計段階におけるこのような複雑な問題は、詳細設計段階において多用されている３次元ＣＡＤ等のコンピュータ援用設計ツールにより自動計算できる種類の問題ではない。そのため、従来は、主として基本設計段階の担当者が、人間の経験や直感に基づくフレキシブルな判断力を基礎として設計パラメータや目的パラメータを適宜調整しつつ、満足し得る配置計画を検討、作成している。

一方、コンピュータを利用して配置計画問題を合理的に計算するために、従来、各種の技術が提案されている。例えば、部屋の配置計画などへの適用を目的とした直交グラフ法をベースとした手法（非特許文献１、２参照）や、遺伝的アルゴリズムあるいはニューラルネットワークを数理計画法と組み合わせて用いる手法（非特許文献３、４、特許文献１参照）等が提案されている。

また、プラント機器の配置を前提とした計画問題へのアプローチとして、機器間の位置関係を制約指向探索により求める手法を提案してこれを原子力プラントへの適用を検討した例がある（非特許文献５参照）。また、大規模で複雑な設計問題に対してコンカレントエンジニアリングを実現するための基本モデルとエージェントシステムを利用した分散型協調設計システム等も提案されている（非特許文献６参照）。

特開２００２−２８８６２５ 宗本、加藤，"直交グラフ描画法を用いた室配置手法"，日本建築学会計画系論文集，No.529 (2000.3) 279-286 Leeuwen, J. V.: "Graph Algorithms", Handbook of Theoretical Computer Science, Volume A: Algorithms and Complexity (A), (1986) 浅野、加藤、吉村，"Sequence Pairに基づく室・通路・出入口配置最適化手法"，日本建築学会計画系論文集, No.572 (2003.10) 209-216 Ahuja, R. K., Orin, J. B., Tiwari, A.: "A Greedy Genetic Algorithm for the Quadratic Assignment Problem", working paper 3826-95, Sloan School of Management, MIT (1995) 藤田他，"制約指向探索と最適化法とのハイブリッド化によるプラントの配置設計手法"，日本機械学会論文集（Ｃ編）５８巻５４７号（１９９２−３） 藤田他，"分散協調型設計支援システムのためのプロセスモデルと操作モデル（第１報：プロセス構造についてのモデル）"，日本機械学会論文集（Ｃ編）６８巻６６６号（２００２−２）

しかしながら、プラント設備の配置計画の基本設計段階で従来実施されている人間主体の計画方法において、大量の情報を定量的に評価して最適な計画を目指す場合には、膨大な作業および多くの工数を要する上、作成された配置計画が最適なのかあるいは最適にどの程度近いかを客観的に評価する指標を得ることができない。そのため、作成された配置計画と設計パラメータや目的パラメータとの関係を明確化してそれをプロジェクトに関わるメンバーの共通認識とすることは困難であった。

一方、従来提案されているコンピュータ利用による最適計画手法において、コンピュータシステムは、論理的な計算を高速に実施する能力では優れているが、基本設計段階で要求されるところの、パラメータのフレキシブルな調整を行うことが困難である。すなわち、基本設計段階においては、予め与えられた設計パラメータや目的パラメータのみに従って配置計画を作成することはできず、基本設計段階の途中で設計パラメータや目的パラメータに関するフレキシブルな調整が要求されるが、従来、この要求に十分に対応できる手法は確立されていない。

例えば、ある設計パラメータに対してコンピュータシステムによる自動計算を行った結果、多目的最適化問題におけるいわゆるパレート境界上の最適解が豊富に得られたとしても、実際には、基本設計において設計パラメータは流動的であり、最適解が満足しうるものでない場合には、機器の仕様変更を行って最適解の改善を図る場合もある。また、エンジニアリングの進展を想定して仕様変更と最適解の関係を探る必要もある。しかしながら、前述した従来技術では、このような設計パラメータの変更の可能性を考慮して多目的に最適化を行うことはできない。

本発明は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を可能とし、複雑な問題の最適解を容易に取得可能とすることにより、基本設計レベルでの設備配置計画を包括的に支援可能な設備配置計画支援システムと方法、およびプログラムを提供することである。

本発明は、上記の目的を達成するために、操作者の入力操作に応じてパラメータを設定するパラメータ設定手段と、パラメータに基づき評価尺度の最適値に対応する機器配置を導出する配置計算手段を連携させて相互に繰り返し動作させることにより、操作者とコンピュータとの柔軟な対話と多目的最適化アルゴリズムを通じて、設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を可能とし、複雑な問題の最適解を容易に取得可能としたものである。

すなわち、本発明の設備配置計画支援システムは、複数の機器を有するプラント設備の配置計画を支援する設備配置計画支援システムにおいて、インタフェース手段、パラメータ設定手段、配置計算手段、および連携制御手段を備えたことを特徴としている。ここで、インタフェース手段は、操作者による操作に応じて各種指示とデータの入力を行うとともに入力された各種指示またはデータに基づく処理結果を画面表示する手段である。パラメータ設定手段は、インタフェース手段により入力される指示またはデータに基づき、機器の特性および当該機器を配置する配置区域の形状を含む機器の配置に関して満たすべき条件を設計パラメータとして設定または修正するとともに、配置計画の評価尺度および当該評価尺度について実現を期待する量を示す目的パラメータを設定または修正する手段である。配置計算手段は、パラメータ設定手段により設定または修正された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する手段である。連携制御手段は、パラメータ設定手段と前記配置計算手段を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる手段である。

連携制御手段は、さらに、パラメータ修正支援手段と配置計算起動手段を有する。パラメータ修正支援手段は、配置計算手段で得られた結果を含む情報を、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報としてインタフェース手段により画面表示させることにより、パラメータ設定手段によるパラメータ修正を支援する手段である。配置計算起動手段は、パラメータ設定手段により設計パラメータまたは目的パラメータが修正された場合に、修正後の当該パラメータに基づいて、配置計算手段により評価尺度の最適値に対応する機器配置の導出を行わせる手段である。

また、本発明の設備配置計画支援方法および設備配置計画支援プログラムは、上記のシステムを、方法およびコンピュータプログラムの観点からそれぞれ把握したものである。

本発明によれば、設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を可能とし、複雑な問題の最適解を容易に取得可能とすることにより、基本設計レベルでの設備配置計画を包括的に支援可能な設備配置計画支援システムと方法、およびプログラムを提供することができる。

以下には、本発明を発電プラント設備の基本設計段階の配置計画支援用として適用した設備配置計画支援システムの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明に係る設備配置計画支援システムの第１の実施形態を示すブロック図である。この図１に示すように、設備配置計画支援システム１００は、インタフェース部１１０、パラメータ設定部１２０、配置計算部１３０、および連携制御部１４０を備えており、具体的には、コンピュータとそれを制御するプログラムにより実現される。また、インタフェース部１１０は、ケーブルやネットワークなどの通信媒体１５０を通じて、詳細設計段階の支援用の３次元ＣＡＤシステム１６０と接続されている。設備配置計画支援システム１００の各部１１０，１２０，１３０，１４０の構成は次の通りである。

インタフェース部１１０は、コンピュータと操作者との間の対話的なやり取りや、コンピュータと外部機器、外部システム等との通信を行う部分であり、データ入力部１１１、データ出力部１１２、データ通信部１１３等を備えている。

ここで、データ入力部１１１は、操作者の操作に応じた信号をコンピュータに入力するマウスやキーボード等の入力装置であり、データ出力部１１２は、データ入力部１１１で入力されたデータ、およびシステム内で処理された処理結果を操作者に対して表示または出力するディスプレイ、プリンタ等の出力装置である。また、データ通信部１１３は、コンピュータに一般的に内蔵されている通信制御装置であり、コンピュータと通信媒体１５０との間でデータの送受信を行う。

パラメータ設定部１２０は、設計パラメータおよび目的パラメータを設定または修正するための入力画面をインタフェース部１１０により画面表示させ、入力画面上における操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０により入力される指示またはデータに基づき、設計パラメータおよび目的パラメータを設定または修正する部分である。

このパラメータ設定部１２０は、パラメータを種別毎に設定または修正する個別の設定部として、機器の特性を設定する機器特性設定部１２１、機器を配置する配置区域の形状を含む機器の配置に関して満たすべき条件を配置区域特性として設定する配置区域特性設定部１２２、配置計画の評価尺度および当該評価尺度について実現を期待する量を示す目的パラメータを設定する目的パラメータ設定部１２３を備えている。ここで、目的パラメータ設定部１２３は、評価尺度として複数の項目を設定するように構成されている。

パラメータ設定部１２０はまた、これらの個別の設定部１２１〜１２３により設定されたパラメータを種別毎に格納する個別の格納部として、機器特性設計パラメータ格納部１２４、配置区域特性設計パラメータ格納部１２５、目的パラメータ格納部１２６を備えている。ここで、パラメータ設定部１２０は、設定されたパラメータを示すデータを、データ変換せずにそのままＣＡＤ利用可能なデータ形式でこれらの格納部１２４〜１２６に格納するように構成されている。

なお、本明細書中において、「パラメータの修正」は、初回以外の２回目以降のパラメータ設定において、前回設定されたパラメータを変更することを意味している。また、「パラメータの設定」は、「パラメータの修正」を含むより広い意味で使用している。

配置計算部１３０は、パラメータ設定部１２０により設定または修正された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する部分である。この配置計算部１３０は、評価尺度の最適値を求める多目的最適化計算を行い、得られた最適値に対応する機器配置を導出する多目的最適化計算部１３１を有する。

配置計算部１３０はまた、この多目的最適化計算部１３１により得られた評価尺度の最適値、および機器配置データをそれぞれ格納する個別の格納部として、評価尺度最適値格納部１３２と機器配置データ格納部１３３を備えている。ここで、配置計算部１３０は、得られたデータを、データ変換せずにそのままＣＡＤ利用可能なデータ形式でこれらの格納部１３２，１３３に格納するように構成されている。

連携制御部１４０は、パラメータ設定部１２０と配置計算部１３０を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる部分であり、パラメータ設定・修正支援部１４１と配置計算起動部１４２を有する。

ここで、パラメータ設定・修正支援部１４１は、操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０により入力されるパラメータ設定・配置計算指示またはパラメータ修正・再配置計算指示に基づき、パラメータ設定部１２０を起動してパラメータ設定処理を行わせる部分である。このパラメータ設定・修正支援部１４１は、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として、パラメータ設定部１２０により設定または修正された目的パラメータと、この目的パラメータに対して配置計算部１３０により得られた多目的最適化計算結果の両方を評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像を含む判断情報対比画面を、インタフェース部１１０により画面表示させるように構成されている。

配置計算起動部１４２は、パラメータ設定部１２０により目的パラメータまたは設計パラメータが設定または修正された場合に、配置計算部１３０を起動して配置計算処理を行わせる部分である。

なお、以上のようなパラメータ設定部１２０、配置計算部１３０、および連携制御部１４０は、具体的には、コンピュータのメインメモリとそれに記憶された設備配置計画支援用として特化されたプログラム、そのプログラムによって制御されるＣＰＵ、等により実現される。

この場合、各部１２０，１３０，１４０を実現する設備配置計画支援用のプログラムは、パラメータ設定用、配置計算用、および連携制御用として互いに独立した個別のプログラムでもよいが、それらの機能を実現するために複数のプログラムを統合して構築された単一のプログラムであってもよい。

［動作の概略］
図２は、以上のような構成を有する第１の実施形態に係る設備配置計画支援システム１００による動作の概略を示すフローチャートである。

この図２に示すように、設備配置計画支援システム１００において、操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０によりパラメータ設定・配置計算指示が入力された場合（Ｓ２１０のＹＥＳ）には、連携制御部１４０は、初回のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２２０）を行う。この初回のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２２０）において、連携制御部１４０はまず、パラメータ設定・修正支援部１４１によりパラメータ設定部１２０を起動して、初回のパラメータ設定処理（Ｓ２２１）を行わせる。

この初回のパラメータ設定処理（Ｓ２２１）において、パラメータ設定部１２０は、目的パラメータおよび設計パラメータを設定または修正するための入力画面をインタフェース部１１０により画面表示させ、入力画面上における操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０により入力される指示またはデータに基づき、設計パラメータおよび目的パラメータの初期設定を行う。

すなわち、パラメータ設定部１２０は、機器特性設定部１２１と配置区域特性設定部１２２により機器特性設計パラメータと配置区域特性設計パラメータをそれぞれ設定して、機器特性設計パラメータ格納部１２４と配置区域特性設計パラメータ格納部１２５にそれぞれ格納するとともに、目的パラメータ設定部１２３により配置計画の評価尺度および目的パラメータを設定して、目的パラメータ格納部１２６に格納する。

連携制御部１４０は次に、配置計算起動部１４２により配置計算部１３０を起動して、初回の配置計算処理（Ｓ２２２）を行わせる。この初回の配置計算処理（Ｓ２２２）において、配置計算部１３０は、設定された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する。すなわち、設計パラメータおよび目的パラメータに基づいて、多目的最適化計算部１３１により、評価尺度の最適値を求める多目的最適化計算を行い、得られた最適値に対応する機器配置を導出する。

連携制御部１４０は続いて、パラメータ設定・修正支援部１４１により、初回のパラメータ設定処理（Ｓ２２１）と配置計算処理（Ｓ２２２）により得られた結果を用いて、パラメータ修正支援処理（Ｓ２２３）を行う。このパラメータ修正支援処理（Ｓ２２３）において、パラメータ設定・修正支援部１４１は、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として、設定された目的パラメータと、この目的パラメータに対して得られた多目的最適化計算結果の両方を評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像を含む判断情報対比画面を、インタフェース部１１０により画面表示させる。

このパラメータ修正支援処理（Ｓ２２３）により表示された目的パラメータと多目的最適化計算結果を示す判断情報対比画面に対し、操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０によりパラメータ修正・再配置計算指示が入力された場合（Ｓ２３０のＹＥＳ）には、連携制御部１４０は、２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２４０）を行う。

この２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２４０）は、初回のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２２０）と基本的に同様の処理であるが、前回の結果を利用できる点で異なる。
すなわち、２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２４０）において、連携制御部１４０はまず、パラメータ設定・修正支援部１４１によりパラメータ設定部１２０を起動して、パラメータ設定処理（Ｓ２４１）を行わせ、設計パラメータまたは目的パラメータを修正させる。連携制御部１４０は次に、配置計算起動部１４２により配置計算部１３０を起動して、修正後のパラメータに対する配置計算処理（Ｓ２４２）を行わせ、評価尺度の最適値に対応する機器配置を導出させる。

連携制御部１４０は続いて、パラメータ設定・修正支援部１４１により、今回のパラメータ設定処理（Ｓ２４１）と配置計算処理（Ｓ２４２）により得られた結果を用いて、パラメータ修正支援処理（Ｓ２４３）を行う。このパラメータ修正支援処理（Ｓ２４３）において、パラメータ設定・修正支援部１４１は、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として、今回設定された目的パラメータと多目的最適化計算結果だけでなく、前回の結果をも含む判断情報対比画面を、インタフェース部１１０により画面表示させる。

このパラメータ修正支援処理（Ｓ２４３）により表示された今回と前回の目的パラメータと多目的最適化計算結果を示す判断情報対比画面に対し、操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０によりさらにパラメータ修正・再配置計算指示が入力された場合（Ｓ２３０のＹＥＳ）には、連携制御部１４０は、２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２４０）を繰り返す。

連携制御部１４０は、２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理（Ｓ２４０）のパラメータ修正支援処理（Ｓ２４３）により表示される判断情報対比画面に対し、操作者の入力操作に応じてインタフェース部１１０により終了指示が入力された時点（Ｓ２３０のＮＯ、Ｓ２５０のＹＥＳ）で、設備配置計画処理を終了する。

なお、終了指示とともに、詳細設計支援用の送信指示が入力された場合（Ｓ２６０のＹＥＳ）には、取得したデータの中から詳細設計支援に有用なデータを抽出し、通信媒体１５０を通じて、詳細設計段階の支援用の３次元ＣＡＤシステム１６０に送信する（Ｓ２７０）。

［基本的な効果］
以上のような第１の実施形態によれば、基本的に次のような効果が得られる。

まず、操作者とコンピュータとの柔軟な対話を実現するパラメータ設定部１２０と、パラメータに基づき多目的最適化アルゴリズムによる計算を行う配置計算部１３０を連携制御部１４０により連携させて相互に繰り返し動作させることにより、操作者とコンピュータとの柔軟な対話と多目的最適化アルゴリズムを通じて、設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を行うことができ、複雑な問題の最適解を容易に取得することができる。

すなわち、パラメータ設定部１２０により操作者の意図を反映したパラメータ設定を行うパラメータ設定処理と、配置計算部１３０によりパラメータに基づいて多目的最適化計算を行う配置計算処理を繰り返すことにより、操作者が満足しうる最適値を容易に効率よく探索することができる。

この場合、連携制御部１４０は、パラメータ設定部１２０と配置計算部１３０を連携させて相互に繰り返し動作させるだけでなく、それらによって得られた目的パラメータと多目的最適化計算結果の両方を評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像で表示することにより、操作者は、対比画像の視認により評価尺度毎の目的パラメータと最適化計算結果を直感的に容易に把握することができる。したがって、パラメータ修正の必要性の判断および修正内容の判断について、操作者をより積極的に支援することができ、操作者のパラメータ修正作業の負担を軽減できる。

特に、２回目以降のパラメータ設定・配置計算処理においては、今回の目的パラメータと最適化計算結果だけでなく、前回のデータも併せて表示することにより、操作者をさらに支援することができ、操作者のパラメータ修正作業の負担をさらに軽減できる。

なお、以上のように、目的パラメータと多目的最適化計算結果の両方を評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像で表示することは、パラメータ修正作業の支援において極めて有用であるが、パラメータ修正支援のために表示する判断情報として、目的パラメータを示さず、最適化計算結果を示すだけでもパラメータ修正作業を支援することができる。

さらに、パラメータ設定部１２０および配置計算部１３０から出力されるデータは、ＣＡＤ利用可能なデータ形式であるため、３次元ＣＡＤシステム１６０に対して、そのようなＣＡＤ利用可能なデータ形式のデータを送信することができる。その結果、３次元ＣＡＤシステム１６０においては、設備配置計画支援システム１００から受信したデータを、変換せずにそのままＣＡＤ利用することができる。

なお、図１では、詳細設計段階の支援用のシステムを、設備配置計画支援システム１００とは別に設けられた独立の３次元ＣＡＤシステム１６０として示したが、設備配置計画支援システム１００内に、３次元ＣＡＤツールなどのソフトウェアを組み込んで詳細設計段階支援用の一つの機能部として構成した場合でも、同様の効果が得られるものである。

以上のように、本実施形態によれば、操作者とコンピュータとの柔軟な対話と多目的最適化アルゴリズムを通じて、設計途中におけるパラメータのフレキシブルな調整を行うことができ、複雑な問題の最適解を容易に取得することができるため、基本設計レベルでの設備配置計画を包括的に支援することができる。

また、目的パラメータの近傍で最適値を探索する多目的最適化計算を行うことにより、最適化の程度を評価する客観的指標を計算結果として得ることができるため、作成された配置計画と設計パラメータや目的パラメータとの関係を明確化してプロジェクトに関わるメンバーの共通認識とすることができる。この結果、コンカレント性が希求されるエンジニアリングフロー、とりわけ上流における意思決定を合理的に行うことに繋がり、コスト超過や配置設計のやりなおし、納期遅延といったプロジェクトリスクを回避する上で有効である。

さらに、ＣＡＤ利用可能なデータ形式のデータを詳細設計段階の支援用のシステムに送信することにより、基本設計段階だけでなく、詳細設計段階の支援をも行うことができる。

［パラメータ設定・配置計算処理の具体例］
以下には、第１の実施形態におけるパラメータ設定・配置計算処理の具体例について説明する。

［パラメータ設定例］
図２のパラメータ設定処理において、図１のパラメータ設定部１２０は、前述したように、機器特性設定部１２１と配置区域特性設定部１２２により機器特性設計パラメータと配置区域特性設計パラメータをそれぞれ設定して、機器特性設計パラメータ格納部１２４と配置区域特性設計パラメータ格納部１２５にそれぞれ格納するとともに、目的パラメータ設定部１２３により配置計画の評価尺度および目的パラメータを設定して、目的パラメータ格納部１２６に格納する。

なお、このようなパラメータ設定にあたり、ここでは、機器の配置に関して満たすべき条件として、次のような前提条件が存在するものとする。すなわち、所定の機器を既定の配置区域内に重なりなく配置することとし、一部の機器は配管およびケーブルにて相互に接続されることとする。また、外界と電力あるいは流体を授受するために、外部と配管およびケーブルを取合うこととする。

図３と図４は、機器特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図である。このうち、図３においては、各機器を特定する名称などの機器特定情報３０１と、横方向寸法３０２および縦方向寸法３０３が示されている。また、図４においては、配管またはケーブルといった接続媒体を特定する番号などの接続媒体特定情報４０１と、接続媒体を介した、機器相互あるいは機器と配置区域外部の取合点との接続関係を指定する接続関係指定情報４０２と、接続媒体の単位長さあたりのコスト４０３が示されている。

図５は、配置区域特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図である。この図５においては、破線で示された配置区域の境界５０１とその端点を定義する座標５０２、および冷却水などの機器と配置区域外部との取合点の位置を定義する座標５０３が示されている。

一方、目的パラメータについては、まず、配置計画を評価する評価尺度として、以下の３項目の評価尺度が設定されるものとする。
評価尺度ｆ₁： 配管長に応じたコストをなるべく低減する。
評価尺度ｆ₂： ケーブル長に応じたコストをなるべく低減する。
評価尺度ｆ₃： メンテナンス性向上のために、機器間の距離をなるべく大きくする。

これらの評価尺度ｆ₁〜ｆ₃に対して、最適な値を求める際の問題は、配管およびケーブルのコストを低減しようとして狭い区域に機器を配置すると、機器間が近接してメンテナンス性が損なわれるという背反的な特性を持つことである。図６は、これら３項目の評価尺度ｆ₁〜ｆ₃について目的パラメータをそれぞれ設定した設定例を示している。この図６においては、評価尺度６０１の各項目ｆ₁〜ｆ₃毎に、実現を期待する量である目的パラメータとして、配管コストの目的パラメータ値６０２、ケーブルコストの目的パラメータ値６０３、機器間間隔の平均の目的パラメータ値６０４がそれぞれ設定されている。

なお、このように、配管コストやケーブルコストの最小化を最適化の対象として設定した場合には、プラント設備における物量およびコスト比率の高いそれらの機器のコストを最小化できるため、プラント設備全体の建設コストの節約に寄与することができる。

［配置計算例］
図２の配置計算処理において、図１の配置計算部１３０は、前述したように、設定された設計パラメータおよび目的パラメータに基づいて、多目的最適化計算部１３１により、評価尺度の最適値を求める多目的最適化計算を行い、得られた最適値に対応する機器配置を導出する。

ここでは、次に示すスカラー化最適化問題の解法を用いて最適化計算を行う。まず、図７に示すように、評価尺度各項目の理想的な値７０１と評価尺度に対して実現を期待する量である目的パラメータ値（初回の目的パラメータ値）７０２とを連結したベクトル上で、設計パラメータを満足する最適解（初回の最適化計算結果）７０３を求める。

なお、理想的な値７０１は、全ての評価尺度について、一律に「０」としている。最適解７０３を得るには、機器の配置を修正しつつ最適解を探索する操作が必要であり、例えば、遺伝的アルゴリズムによる探索が有効である。この結果、図１の配置計算部１３０において、多目的最適化計算部１３１により評価尺度の最適値および当該最適値に対応した機器配置データが導出され、評価尺度最適値格納部１３２と機器配置データ格納部１３３にそれぞれ格納される。

［判断情報対比画面例］
図２のパラメータ修正支援処理において、図１の連携制御部１４０は、前述したように、パラメータ設定部１２０で設定されたパラメータと、配置計算分１３０で計算された多目的最適化計算結果を用いて、パラメータ設定・修正支援部１４１により、目的パラメータと多目的最適化計算結果の両方を評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像を含む判断情報対比画面を表示する。

図８は、判断情報対比画面の一例を示す図であり、多次元の評価尺度「ｆ」８０１について、相互のバランスが、初回の目的パラメータ値８０２と初回の最適化計算結果８０３との対比により示されている。また、最適化計算によって得られた機器配置８１１が平面配置図として示されている。

このような判断情報対比画面を視認することにより、操作者は、評価尺度ごとの目的パラメータと最適化計算結果を直感的に容易に把握することができるため、最適化計算結果８０３あるいは機器配置８１１がさらに改善すべきものであるか否かを容易に判断することができる。

［パラメータ修正例］
以上のようなパラメータ修正支援に対して、操作者が、さらに改善すべきものと判断して、入力操作によりパラメータ修正・再配置計算指示を与えた場合には、図１のパラメータ設定部１２０による対話的な処理により、操作者の意図を反映させたパラメータ修正、すなわち、目的パラメータの修正、あるいは、機器寸法などの設計パラメータの修正を行うことができる。

例えば、図７において、横軸に示す評価尺度ｆ₁については前回の最適化計算結果（初回の最適化計算結果）７０３に対して大きな改善（値の減少）を望み、縦軸に示す評価尺度ｆ₃については前回の最適化計算結果（初回の最適化計算結果）７０３と同値程度でよいものとした場合には、横軸に示す評価尺度ｆ₁の値を前回の最適化計算結果７０３より減少させた新たな目的パラメータ値（２回目の目的パラメータ値）７０４を設定することができる。

［パラメータ修正後の判断情報対比画面例］
以上のようなパラメータ修正後には、図１の配置計算部１３０により、図７に示すように、新たな設計パラメータを満足する新たな最適解（２回目の最適化計算結果）７０５を求めることができる。このような再配置計算の結果は、図１の連携制御部１４０により、判断情報対比画面上で、今回の目的パラメータ（２回目の目的パラメータ）８０４および最適化計算結果（２回目の最適化計算結果）８０５として、前回の目的パラメータ（初回の目的パラメータ）８０２および最適化計算結果（初回の最適化計算結果）８０３と対比して示される。

［第２の実施形態］
以下には、本発明に係る設備配置計画支援システムの第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る設備配置計画支援システム１００は、基本的に図１に示した第１の実施形態と同じ構成を有しており、パラメータ設定部１２０と配置計算部１３０に若干の機能を追加した点のみが異なるため、以下には、第１の実施形態と異なる特徴的な機能とその結果として変更される一部の処理についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態において、パラメータ設定部１２０には、プラント設備を構成する一部の機器について、配置区域内の任意位置に固定するように設計パラメータを設定する固定位置設定処理を行う機能が追加され、また、配置計算分１３０には、パラメータ設定部１２０により任意位置に固定する設計パラメータが設定された機器を除く他の機器を対象として機器配置を導出する機能が追加されている。

以上のような追加機能を有する本実施形態のシステムは、基本的に図２に示した第１の実施形態の動作と同様の動作を行うが、パラメータ設定処理と配置計算処理において、以下のように若干の相違がある。

まず、パラメータ設定処理において、パラメータ設定部１２０は、プラント設備を構成する一部の機器について、配置区域内の任意位置に固定するように設計パラメータを設定する固定位置設定処理を行う。図９は、この固定位置設定処理を行った場合の機器特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図である。この図９においては、各機器を特定する名称などの機器特定情報９０１と横方向寸法９０２および縦方向寸法９０３に加えて、固定位置設定処理の結果として、最適化計算時における位置の移動を許可する基本設計段階の範囲９０４が設定されている。

なお、この図９に示す基本設計段階の範囲を示す数値は、以下に示すような、基本設計段階の多段階業務プロセスの各段階（１）〜（５）を示す数値に対応している。

（１）ボイラ、タービン発電機などの大物機器の配置
（２）主要配管の取り回し
（３）ケーブルトレンチの配置
（４）ケーブルラックの配置
（５）制御建屋等の配置と、ケーブル類、配管類の配置

すなわち、発電プラントの基本設計段階の配置計画では、概念設計段階で決定された配置区域の寸法や機器の仕様などを確認した上で、通常は、上記の（１）〜（５）に示すように、順次段階的に配置を検討していく。図１０は、このような基本設計段階の多段階業務プロセス１００１において、本実施形態の配置計算部１３０により多段階の最適化計算処理１００２を行うことを概念的に示す図である。

すなわち、図９に示すようにパラメータ設定部１２０により固定位置設定処理が行われた場合には、続く配置計算処理において、配置計算部１３０は、図１０に示すような基本設計段階の多段階業務プロセス１００１に基づいて、多段階の最適化計算処理１００２を行う。すなわち、各段階毎に、上位の段階で固定された以外の、当該段階で移動が許可されている機器のみを対象として機器配置を導出する。

以上のような本実施形態において、操作者は、基本設計段階における各段階において移動を許可する機器、すなわち、各段階において位置を固定する機器を自由に指定することができる。そして、上流段階においては、下流側で位置が決定される多数の補助的機器についても仮定的な設計パラメータを設定して全ての機器が移動可能なように指定しておくことで、これら補助的機器の区域も考慮した上で大物機器の配置を決定することができる。また、上流段階において位置を決定された機器は以降の下流段階において位置を固定するように設定されているため、基本設計段階におけるエンジニアリングプロセスに沿って段階的に、大物機器から補助的機器へと、配置計画を効率よく行うことができる。

したがって、本実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果に加えて、次のような効果が得られる。

まず、上流側で決定した大物機器の位置を、下流側のエンジニアリングにおいて原則的に変更しないため、非効率な後戻りを回避することができる。一方、下流側で位置が決定されるべき多数の補助的機器については、上流段階において仮定的に設計パラメータを設定するなどしてこれら補助的機器の配置面積を考慮しておくことができるため、全段階を通した合理的な計画を実現することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。まず、図面に示したシステム構成やフローチャートは、一例にすぎず、具体的な構成、動作手順や各処理の詳細は適宜選択可能である。

例えば、前記各実施形態においては、配置区域を既定の設計パラメータとして扱ったが、配置区域の面積の最小化を最適化の対象として設定することも可能である。この場合には、プラント設備を配置する用地の節約に寄与することができる。また、本発明の手法は、屋外に限らず、屋内における機器の配置計画に応用することもできる。例えば、発電所における電気制御室内に配置される電気制御盤の配置計画などに適用することにより、所要機器を配置する建屋の建設コストの節約に寄与することができる。

さらに、上述したように、本発明は、発電プラント設備の配置計画支援に好適であるが、本発明の対象となるプラント設備はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、多種多様なプラント設備の配置計画支援に同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。

本発明に係る設備配置計画支援システムの第１の実施形態を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る設備配置計画支援システムによる動作の概略を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態におけるパラメータ設定部による機器特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図。 本発明の第１の実施形態におけるパラメータ設定部による機器特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図。 本発明の第１の実施形態におけるパラメータ設定部による配置区域特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図。 本発明の第１の実施形態におけるパラメータ設定部による評価尺度と目的パラメータの具体的な設定例を示す図。 本発明の第１の実施形態における配置計算部による最適化計算処理の具体的な計算手法を示す図。 本発明の第１の実施形態における連携制御部により表示される判断情報対比画面の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態におけるパラメータ設定部による機器特性設計パラメータの具体的な設定例を示す図。 基本設計段階の多段階業務プロセスにおいて、本発明の第２の実施形態における配置計算部により多段階の最適化計算処理を行うことを概念的に示す図。 プラント設備の配置計画の段階を概念的に示す図。

符号の説明

１００…設備配置計画支援システム
１１０…インタフェース部
１１１…データ入力部
１１２…データ出力部
１１３…データ通信部
１２０…パラメータ設定部
１２１…機器特性設定部
１２２…配置区域特性設定部
１２３…目的パラメータ設定部
１２４…機器特性設計パラメータ格納部
１２５…配置区域特性設計パラメータ格納部
１２６…目的パラメータ格納部
１３０…配置計算部
１３１…多目的最適化計算部
１３２…評価尺度最適値格納部
１３３…機器配置データ格納部
１４０…連携制御部
１４１…パラメータ設定・修正支援部
１４２…配置計算起動部
１５０…通信媒体
１６０…３次元ＣＡＤシステム

Claims (8)

1. 複数の機器を有するプラント設備の配置計画を支援する設備配置計画支援システムにおいて、
   操作者による操作に応じて各種指示とデータの入力を行うとともに入力された各種指示またはデータに基づく処理結果を画面表示するインタフェース手段と、
   前記インタフェース手段により入力される指示またはデータに基づき、機器の特性および当該機器を配置する配置区域の形状を含む機器の配置に関して満たすべき条件を設計パラメータとして設定または修正するとともに、配置計画の評価尺度および当該評価尺度について実現を期待する量を示す目的パラメータを設定または修正するパラメータ設定手段と、
   前記パラメータ設定手段により設定または修正された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する配置計算手段と、
   前記パラメータ設定手段と前記配置計算手段を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる連携制御手段を備え、
   前記連携制御手段は、
   前記配置計算手段で得られた結果を含む情報を、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として前記インタフェース手段により画面表示させることにより、前記パラメータ設定手段によるパラメータ修正を支援するパラメータ修正支援手段と、
   前記パラメータ設定手段により設計パラメータまたは目的パラメータが修正された場合に、修正後の当該パラメータに基づいて、前記配置計算手段により評価尺度の最適値に対応する機器配置の導出を行わせる配置計算起動手段を有する
   ことを特徴とする設備配置計画支援システム。
2. 前記パラメータ設定手段は、評価尺度として複数の項目を設定するように構成され、
   前記配置計算手段は、評価尺度の最適値を求める多目的最適化計算を行い、得られた最適値に対応する機器配置を導出する多目的最適化計算手段を有し、
   前記パラメータ修正支援手段は、前記判断情報として、前記パラメータ設定手段により設定または修正された目的パラメータと、この目的パラメータに対して前記多目的最適化計算手段により得られた多目的最適化計算結果の両方を、評価尺度の数に応じて多次元で示す対比画像を、前記インタフェース手段により画面表示させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の設備配置計画支援システム。
3. 前記パラメータ設定手段は、前記プラント設備を構成する一部の機器について、前記配置区域内の任意位置に固定するように設計パラメータを設定する固定位置設定処理を行うように構成され、
   前記配置計算手段は、前記パラメータ設定手段により前記任意位置に固定する設計パラメータが設定された機器を除く他の機器を対象として機器配置を導出するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の設備配置計画支援システム。
4. 前記パラメータ設定手段および前記配置計算手段は、設計パラメータまたは機器配置を示すデータを、データ変換せずにそのままＣＡＤ利用可能なデータ形式で出力するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の設備配置計画支援システム。
5. 前記パラメータ設定手段により設定される評価尺度および目的パラメータは、機器を相互接続する配管の長さに関連する配管敷設コストの最小化、機器を相互接続するケーブルの長さに関連するケーブル敷設コストの最小化、のいずれか一方を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の設備配置計画支援システム。
6. 前記パラメータ設定手段により設定される評価尺度および目的パラメータは、前記配置区域の面積の最小化を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の設備配置計画支援システム。
7. 複数の機器を有するプラント設備の配置計画を支援する設備配置計画支援方法において、
   操作者による操作に応じて各種指示とデータの入力を行うとともに入力された各種指示またはデータに基づく処理結果を画面表示するインタフェース手段と、
   前記インタフェース手段により入力される指示またはデータに基づき、機器の特性および当該機器を配置する配置区域の形状を含む機器の配置に関して満たすべき条件を設計パラメータとして設定または修正するとともに、配置計画の評価尺度および当該評価尺度について実現を期待する量を示す目的パラメータを設定または修正するパラメータ設定手段と、
   前記パラメータ設定手段により設定または修正された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する配置計算手段と、
   前記パラメータ設定手段と前記配置計算手段を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる連携制御手段を使用して、
   前記連携制御手段により、
   前記配置計算手段で得られた結果を含む情報を、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として前記インタフェース手段により画面表示させることにより、前記パラメータ設定手段によるパラメータ修正を支援するパラメータ修正支援処理と、
   前記パラメータ設定手段により設計パラメータまたは目的パラメータが修正された場合に、修正後の当該パラメータに基づいて、前記配置計算手段により評価尺度の最適値に対応する機器配置の導出を行わせる配置計算起動処理を行う
   ことを特徴とする設備配置計画支援方法。
8. 操作者による操作に応じて各種指示とデータの入力を行うとともに入力された各種指示またはデータに基づく処理結果を画面表示するインタフェース手段を有するコンピュータを用いて、複数の機器を有するプラント設備の配置計画を支援する設備配置計画支援プログラムにおいて、
   前記インタフェース手段により入力される指示またはデータに基づき、機器の特性および当該機器を配置する配置区域の形状を含む機器の配置に関して満たすべき条件を設計パラメータとして設定または修正するとともに、配置計画の評価尺度および当該評価尺度について実現を期待する量を示す目的パラメータを設定または修正するパラメータ設定機能と、
   前記パラメータ設定機能により設定または修正された設計パラメータと目的パラメータに基づき、設計パラメータを満足させる評価尺度の最適値を目的パラメータの近傍で探索し、得られた最適値に対応する機器配置を導出する配置計算機能と、
   前記パラメータ設定機能と前記配置計算機能を連携させて相互にかつ繰り返し動作させる連携制御機能を前記コンピュータにより実現させ、
   前記連携制御機能は、
   前記配置計算機能で得られた結果を含む情報を、設計パラメータまたは目的パラメータを修正する判断情報として前記インタフェース手段により画面表示させることにより、前記パラメータ設定手段によるパラメータ修正を支援するパラメータ修正支援機能と、
   前記パラメータ設定手段により設計パラメータまたは目的パラメータが修正された場合に、修正後の当該パラメータに基づいて、前記配置計算機能により評価尺度の最適値に対応する機器配置の導出を行わせる配置計算起動機能を有する
   ことを特徴とする設備配置計画支援プログラム。