(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動配管ルーティングシステムが、所定のコンピュータプログラムに基づいた処理を行うことによって、複数の機器が配置されるプラント内における配管経路を生成する方法であって、
前記自動配管ルーティングシステムの設計データ格納部に格納された、前記プラントにおける機器類の設計データと、前記自動配管ルーティングシステムの配管データ格納部に格納された配管部材の寸法に関するデータとに基づき、配管ルーティングを実行する配管ルーティング実行部が、互いに直交する辺から形成され、前記配管経路の始点と終点とを頂点とする直方体の各辺上に障害物となる前記機器があるか否かを判定する障害物判定ステップと、
前記配管ルーティング実行部が、前記障害物となる前記機器が存在しない前記辺を結ぶことで前記始点から前記終点に至る前記配管経路を生成する経路生成ステップと、を含み、
前記経路生成ステップにて、前記始点から前記終点に至る配管経路が生成できないとき、前記始点との間に前記障害物となる前記機器が存在しない位置に仮想始点を設定する仮想始点設定ステップと、
互いに直交する辺から形成され、前記仮想始点と前記終点とを頂点とする第二の直方体の各辺上に障害物となる前記機器があるか否かを判定する第二の障害物判定ステップと、
前記障害物となる前記機器が存在しない前記第二の直方体の前記辺を結ぶことで、前記始点から前記仮想始点を経て前記終点に至る配管経路を生成する第二の経路生成ステップと、
をさらに備えることを特徴とする配管経路の生成方法。
【請求項２】
前記仮想始点設定ステップ、前記第二の障害物判定ステップ、前記第二の経路生成ステップを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の配管経路の生成方法。
【請求項３】
前記仮想始点設定ステップにて、前記仮想始点は、前記始点または直前に設定した前記仮想始点から一定長の位置に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の配管経路の生成方法。
【請求項４】
前記一定長は、前記配管経路に沿って配設される直管状のストレート管の長さであることを特徴とする請求項３に記載の配管経路の生成方法。
【請求項５】
前記一定長は、前記配管経路に沿って配設されるエルボの長さであることを特徴とする請求項３に記載の配管経路の生成方法。
【請求項６】
前記仮想始点設定ステップを２回以上繰り返して行うとき、前記仮想始点は、前記始点に対して直前に前記仮想始点を設定した方向に延びる前記辺上に設定することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の配管経路の生成方法。
【請求項７】
前記障害物判定ステップおよび／または前記第二の障害物判定ステップでは、前記直方体または前記第二の直方体の外表面の頂点を対角方向に結んで前記配管経路を生成することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の配管経路の生成方法。
【請求項８】
線状パターンを形成すべき２次元平面または３次元空間内に配置される障害物の位置データを格納する位置データ格納部と、
前記線状パターンを構成するパターン形成部材の寸法データを格納した寸法データ格納部と、
前記位置データ格納部に格納された前記障害物の位置データに基づき、前記寸法データ格納部に寸法データが格納された前記パターン形成部材を、互いに直交する２方向または３方向のいずれかに沿って配置していくことで、前記障害物を回避しつつ、始点から終点まで前記線状パターンを生成する線状パターン生成部と、を備え、
前記線状パターン生成部は、前記始点から前記終点に至る配管経路が生成できないとき、前記始点との間に前記障害物が存在しない位置に仮想始点を設定するとともに、
互いに直交する辺から形成され、前記仮想始点と前記終点とを頂点とする長方形または直方体の各辺上に前記障害物があるか否かを判定し、
前記障害物が存在しない前記長方形または直方体の前記辺を結ぶことで、前記始点から前記仮想始点を経て前記終点に至る前記線状パターンを生成することを特徴とする線状パターン生成装置。
【請求項９】
複数の機器が配置されるプラント内における配管経路を生成するため、コンピュータ装置によって実行されるコンピュータプログラムであって、
互いに直交する辺から形成され、前記配管経路の始点と終点とを頂点とする直方体の各辺上に障害物となる前記機器があるか否かを判定する障害物判定処理と、
前記障害物となる前記機器が存在しない前記辺を結ぶことで前記始点から前記終点に至る前記配管経路を生成する経路生成処理と、を含み、
前記経路生成処理にて、前記始点から前記終点に至る配管経路が生成できないとき、前記始点との間に前記障害物となる前記機器が存在しない位置に仮想始点を設定する仮想始点設定処理と、
互いに直交する辺から形成され、前記仮想始点と前記終点とを頂点とする第二の直方体の各辺上に障害物となる前記機器があるか否かを判定する第二の障害物判定処理と、
前記障害物となる前記機器が存在しない前記第二の直方体の前記辺を結ぶことで、前記始点から前記仮想始点を経て前記終点に至る配管経路を生成する第二の経路生成処理と、
をさらに備えることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント内における配管経路の生成方法、および配管経路等の線状パターンを生成するのに適した線状パターン生成装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントを構築するにあたり、設計段階では、プラント内に配置される多くの機器類の間への、各種配管のルート（レイアウト）を検討する必要がある。
このような検討作業は、３次元空間内で、多くの機器類の間を縫うように配管をルーティングしなければならないため、これを設計者が手作業で行っていたのでは多大な労力を要するのは言うまでもない。
【０００３】
このため、配管のルートを自動的に作成する方法が、既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。提案された技術においては、プラント内の空間を、所定寸法を有したメッシュ空間で区切り、ここのメッシュ空間に障害物（プラント内に配置される機器類）が有るか否かを判断し、障害物が無いと判断されたメッシュ空間に配管を通すようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８８２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の配管ルートの自動作成技術には、以下に示すような問題が存在する。
まず、プラント内の空間を区切るメッシュ空間が大きすぎると、少しでもメッシュ空間内に障害物があるとそのメッシュ空間に配管を通すことができなくなるため、配管のルーティングの選択肢が少なくなってしまう。一方、メッシュ空間を小さくすると、プラント内のメッシュ空間の数が増加する。その結果、個々のメッシュ空間に障害物が有るか否かを判断する処理が、全体として膨大なものとなり、処理の負荷が高まり、検討に要する時間の増大およびコストの上昇に繋がる。
また、コンピュータ装置における処理面において、３次元のメッシュ空間内に障害物があるか否かを判定するのは、処理が非常に難しく、現状の技術では非現実的であるという問題もある。
さらに、このように、メッシュ空間を用いた場合、そのメッシュ空間以下の狭い隙間を通して配管をレイアウトすることはできず、配管レイアウトが実質的に制限されることとなる。
【０００６】
加えて、このようにして配管ルートを生成した場合、配管を構成する個々の配管部材の長さまでは検討できない。したがって、生成した配管ルートを構成する配管部材の割り付けについて、別途検討する必要が生じる。また、個々の配管部材は、通常規格化された長さを有している。施工の手間、コスト等の見地からすれば、規格化された長さの配管部材を全てに用いるのが好ましいが、配管部材の割り付けについて検討することのできない従来の配管ルートの自動作成技術では、当然のことながら、規格化された配管部材を用いる検討もできず、規格外の配管部材を用いる必要が生じる可能性が高い。
【０００７】
プラントにおける配管ルーティング以外にも、各種電気機器の筐体や制御ボックス内等における配線のレイアウト等においても、上記のような問題は多くが共通する。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、配管や配線のルーティングを効率よく行うことのできる配管経路の生成方法、線状パターン生成装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明の配管経路の生成方法は、自動配管ルーティングシステムが、所定のコンピュータプログラムに基づいた処理を行うことによって、複数の機器が配置されるプラント内における配管経路を生成する方法であって、自動配管ルーティングシステムの設計データ格納部に格納された、プラントにおける機器類の設計データと、自動配管ルーティングシステムの配管データ格納部に格納された配管部材の寸法に関するデータとに基づき、配管ルーティングを実行する配管ルーティング実行部が、互いに直交する辺から形成され、配管経路の始点と終点とを頂点とする直方体の各辺上に障害物となる機器があるか否かを判定する障害物判定ステップと、配管ルーティング実行部が、障害物となる機器が存在しない辺を結ぶことで始点から終点に至る配管経路を生成する経路生成ステップと、を含むことを特徴とする。
このようにして、始点と終点とを頂点とする直方体の各辺上に障害物となる機器があるか否かを判定し、障害物となる機器が存在しない辺を結ぶことで始点から終点に至る配管経路を生成することで、細い空間であっても、配管を通すことが可能となる。
また、経路生成ステップにて、始点から終点に至る配管経路が生成できないときには、仮想始点設定ステップにて、始点との間に障害物となる機器が存在しない位置に仮想始点を設定する。そして、第二の障害物判定ステップにて、互いに直交する辺から形成され、仮想始点と終点とを頂点とする第二の直方体の各辺上に障害物となる機器があるか否かを判定し、第二の経路生成ステップにて、障害物となる機器が存在しない第二の直方体の辺を結ぶことで、始点から仮想始点を経て終点に至る配管経路を生成する。必要に応じ、仮想始点設定ステップ、第二の障害物判定ステップ、第二の経路生成ステップを複数回繰り返すことで、始点から終点まで、障害物との干渉を避けつつ、配管経路を生成することができる。
このとき、仮想始点設定ステップでは、仮想始点は、始点または直前に設定した仮想始点から一定長の位置に設定するのが好ましい。の一定長を、配管経路を構成する配管部材の規格長とすることで、配管の接続位置、折曲位置を、配管部材の規格長に対応した位置とすることができる。具体的には、一定長は、配管経路に沿って配設される直管状のストレート管の長さとすることができる。また、一定長は、配管経路に沿って配設されるエルボの長さとすることもできる。
また、仮想始点設定ステップを２回以上繰り返して行うときには、仮想始点は、始点に対して直前に仮想始点を設定した方向に延びる辺上に設定するのが好ましい。これにより、配管経路が無用に折曲するのを回避し、折曲箇所の数を抑えることが可能となる。
ところで、障害物判定ステップおよび／または第二の障害物判定ステップでは、直方体または第二の直方体の外表面の頂点を対角方向に結んで配管経路を生成してもよい。
【０００９】
本発明は、線状パターンを形成すべき２次元平面または３次元空間内に配置される障害物の位置データを格納する位置データ格納部と、線状パターンを構成するパターン形成部材の寸法データを格納した寸法データ格納部と、位置データ格納部に格納された障害物の位置データに基づき、寸法データ格納部に寸法データが格納されたパターン形成部材を、互いに直交する２方向または３方向のいずれかに沿って配置していくことで、障害物を回避しつつ、始点から終点まで線状パターンを生成する線状パターン生成部と、を備えることを特徴とする線状パターン生成装置とすることもできる。
そして、線状パターン生成部は、始点から終点に至る配管経路が生成できないとき、始点との間に障害物が存在しない位置に仮想始点を設定するとともに、互いに直交する辺から形成され、仮想始点と終点とを頂点とする長方形または直方体の各辺上に障害物があるか否かを判定し、障害物が存在しない長方形または直方体の辺を結ぶことで、始点から仮想始点を経て終点に至る線状パターンを生成する。
このように、所定長のパターン形成部材を用い、障害物を回避しながら始点から終点まで線状パターンを生成することで、配管や配線等の線状パターンのルーティングを効率よく行うことができる。
【００１０】
本発明は、複数の機器が配置されるプラント内における配管経路を生成するため、コンピュータ装置によって実行されるコンピュータプログラムとすることもできる。このコンピュータプログラムは、互いに直交する辺から形成され、配管経路の始点と終点とを頂点とする直方体の各辺上に障害物となる機器があるか否かを判定する障害物判定処理と、障害物となる機器が存在しない辺を結ぶことで始点から終点に至る配管経路を生成する経路生成処理と、を含むことを特徴とする。
さらに、経路生成処理にて、始点から終点に至る配管経路が生成できないとき、始点との間に障害物となる機器が存在しない位置に仮想始点を設定する仮想始点設定処理と、互いに直交する辺から形成され、仮想始点と終点とを頂点とする第二の直方体の各辺上に障害物となる機器があるか否かを判定する第二の障害物判定処理と、障害物となる機器が存在しない第二の直方体の辺を結ぶことで、始点から仮想始点を経て終点に至る配管経路を生成する第二の経路生成処理と、をさらに備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラント内における配管経路や、配管や配線等の線状パターンのルーティングを効率良く行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、自動配管ルーティングシステム１０は、所定のコンピュータプログラムに基づいた処理を行うコンピュータ装置によって実現されるものであり、実際にはＣＡＤシステムの一部の機能として、あるいはＣＡＤシステムのデータを利用するコンピュータプログラムを実行することで発現する機能とされるのが好ましい。
【００１３】
この自動配管ルーティングシステム（線状パターン生成装置）１０は、ＣＡＤシステムを用いて設計された、検討対象となるプラントにおける機器類の設計データ（位置データ）を格納した設計データ格納部（位置データ格納部）１１と、配管に用いる配管部材（パターン形成部材）の寸法に関するデータ（寸法データ）を格納した配管データ格納部（寸法データ格納部）１２と、配管ルーティングを実行する配管ルーティング実行部（線状パターン生成部）１３とを備えている。
配管データ格納部１２には、配管に用いる配管部材として、直線状に延びたストレート管の規格寸法、９０°に配管ルートを折曲させるエルボ管の規格寸法等が格納されている。
【００１４】
配管ルーティング実行部１３は、設計データ格納部１１に格納された機器類のレイアウトデータと、配管データ格納部１２に格納された配管部材の寸法に関するデータとに基づき、配管のルーティングを行うため、図２に示すような処理を実行する。
まず、オペレータがコンピュータ装置（自動配管ルーティングシステム１０）を操作することで所定のプログラムを起動させ、さらに配管ルーティングを行うべき検討対象となるプラントを選択・指定するための操作を行う（ステップＳ１０１）。
【００１５】
自動配管ルーティングシステム１０では、この操作を受け付けると、設計データ格納部１１に格納された設計データに基づき、検討対象となるプラント内における機器類のレイアウトを３次元モデルに展開する（ステップＳ１０２）。
【００１６】
次いで、図３に示すように、配管のルーティングを行う始点Ｒ０と終点Ｓを設定する（ステップＳ１０３）。これは、展開された３次元モデルをモニターに画像表示し、オペレータが、マウス等の外部入力手段を用い、表示された画像上で指定しても良いし、設計データに予め始点Ｒ０、終点Ｓの位置データが含まれている場合には、これを用いても良い。
【００１７】
始点Ｒ０、終点Ｓの設定を受け付けた自動配管ルーティングシステム１０では、まず、始点Ｒ０、終点Ｓを頂点とする直方体モデル（直方体）Ｍ１を生成する（ステップＳ１０４）。そして、生成した直方体モデルＭ１の各辺（直線）上に、３次元モデルにおいて干渉物（機器類：障害物）があるか否かを探索する（ステップＳ１０５：障害物判定ステップ）。この、直線に機器類が干渉する否かの探索処理は、ＣＡＤシステムに備えられた機能を用いることができる。
具体的には、始点Ｒ０から、直方体モデルＭ１の隣接する３つの頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺上に干渉物があるか否かを探索する。干渉物が存在する辺については探索を中止し、干渉物の存在が認められなかった辺については、到達した次の頂点（例えば頂点ｐ３）から、これに隣接する２つの頂点（例えば頂点ｐ４、ｐ５：終点Ｓから遠ざかる方向には探索しない）へと至る辺上に、干渉物があるか否かを探索する。
上記の処理を繰り返し、その結果、終点Ｓまで干渉物の存在しない経路が見出されれば、その経路を決定ルートとする（ステップＳ１０６、ステップＳ１０７：経路生成ステップ）。いずれの経路においても干渉物が存在し、終点Ｓに到達することができない場合（通常、この場合の方が多い）は、以下の処理に移行する。
【００１８】
すなわち、図４に示すように、探索を行う始点Ｒ０の位置を、頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺のうち、最も優先順位が高い方向に、所定寸法（一定長）だけずらし、その位置を始点（仮想始点）Ｒ１とする（ステップＳ１０８：仮想始点設定ステップ）。このとき、始点Ｒ０の位置をずらす寸法は、配管データ格納部１２に格納されたストレート管の規格寸法Ｌ１とする。また、始点Ｒ０の位置をずらす方向の優先順位は、適宜設定した規則に基づけばよいが、例えば、ステップＳ１０５で行った一回目の探索処理において、３つの頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺のうち、検出された干渉物の存在数が最も少ない方向（本実施の形態の例では頂点ｐ１に繋がる方向）とするのが好ましい。
さらに、頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺の、いずれの方向にも始点Ｒ０の位置をストレート管の規格寸法Ｌ１だけずらすことができない場合、配管データ格納部１２に、より短い長さのストレート管の規格寸法Ｌ２が格納されているのであれば、その規格寸法Ｌ２だけ始点Ｒ０の位置をずらし、その位置を始点Ｒ１とする。このため、配管データ格納部１２には、複数種の長さのストレート管の規格寸法Ｌ２、…を格納しておくのが好ましい。
また、複数種の規格寸法Ｌ２、…を用いても、頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺、いずれの方向にも始点Ｒ０の位置をずらすことができない場合には、頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺のうち、最も優先順位が高い方向に、干渉物に干渉せず、始点Ｒ０から最大限に離れた位置まで、始点Ｒ０の位置をずらし、その位置を始点Ｒ１とする。
【００１９】
次いで、始点Ｒ１において、上記と同様、始点Ｒ１、終点Ｓを頂点とする直方体モデルＭ２を生成する。そして、第二の障害物判定ステップとして、生成した直方体モデルＭ２の各辺上に干渉物（機器類）があるか否かを、上記のステップＳ１０５と同様にして探索する。
探索処理の結果、いずれかの経路で、終点Ｓまで干渉物の存在しない経路が検出されれば、第二の経路生成ステップとして、始点Ｒ０から始点Ｒ１を経て終点Ｓへと至る配管経路を生成し、ルーティング処理を終了する。
【００２０】
いずれの経路においても終点Ｓに到達することができない場合は、上記のステップＳ１０８と同様、図５に示すように、始点Ｒ１の位置を、頂点ｐ１、ｐ２、ｐ３に繋がる３つの辺のうち、最も優先順位が高い方向に所定寸法だけずらし、その位置を始点Ｒ２とする。このとき、始点Ｒ１の位置をずらす寸法は、上記と同様、ストレート管の規格寸法Ｌ１、あるいは規格寸法Ｌ２、…とする。また、始点Ｒ１の位置をずらす方向の優先順位は、図５（ａ）に示すように、前段の処理で配管経路を延長した方向（本実施の形態の例では頂点ｐ１に繋がる方向）を第一位とするのが好ましい。これは、配管経路の折曲箇所数を抑えるためである。
始点Ｒ１を、干渉物の存在が検出されることにより、前段の処理で配管経路を延長した方向にずらすことができない場合は、図５（ｂ）に示すように、それ以外の２方向のいずれかに、優先順位に基づき、始点Ｒ１をずらす。このとき、配管は折曲することになるので、始点Ｒ１をずらす寸法は、エルボ管の寸法Ｌ１１とする。
【００２１】
以降、上記ステップＳ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８の処理を、終点Ｓに到達するまで繰り返す。
【００２２】
このようにすると、プラント内において、干渉物を避けるように配管ルーティングを自動的に行い、配管経路（線状パターン）を生成することができる。このとき、始点Ｒ１、Ｒ２、…と終点Ｓを頂点に含む直方体モデルＭ１、Ｍ２、…を仮想的に形成し、その直方体モデルＭ１、Ｍ２、…の各辺とプラント内の機器類との干渉を検出するようにしたので、直線と機器類との干渉の検出であれば、現状の処理技術でも十分に対応可能である。また、直方体モデルＭ１、Ｍ２、…の各辺とプラント内の機器類との干渉に基づいて配管経路を生成することで、狭い空間であっても配管を通すようなルーティングが可能となる。
また、始点Ｒ１、Ｒ２、…と終点Ｓを頂点に含む直方体の辺に干渉物の存在が検出され、始点Ｒ１、Ｒ２、…から終点Ｓまで、干渉物が存在することなく到達できる経路を見出すことができない場合、始点Ｒ１、Ｒ２、…を順次ずらしていくようにした。しかも、始点Ｒ１、Ｒ２、…をずらす寸法は、基本的に、ストレート管の規格寸法Ｌ１、Ｌ２、エルボ管の規格寸法Ｌ１１、…、とするようにしたので、ストレート管、エルボ管とも、規格品を最大限に利用して配管経路を構成することができ、低コスト化が図れる。
加えて、始点Ｒ１、Ｒ２、…を順次ずらしていく時には、前回の処理で配管経路を延長した方向を最優先とするようにしたので、これにより、配管経路の折曲箇所数を最小限に抑えることが可能となる。
さらに、配管ルーティングを行う際には、終点Ｓから離れる方向への検討は行わないようにしたので、最終的に得られる配管経路を最短のものとすることができる。もちろん、干渉物の存在により、終点Ｓから離れる方向へのルーティングを許容する構成とすることも可能である。
このようにして、配管ルーティングを、自動的かつ効率的に行うことが可能となる。
【００２３】
さて、上記実施の形態において、配管経路は、始点Ｒ１、Ｒ２、…と終点Ｓを頂点に含む直方体において、互いに隣接する頂点どうしを結ぶ辺によって構成するようにしたが、これに限るものではなく、互いに対角方向に対向する頂点どうしを斜めに結ぶようにしても良い。互いに対角方向に対向する頂点どうしを斜めに結ぶ場合、直方体の外周平面に沿った方向とするのが好ましい。このようにすれば、配管経路の折曲部分は、その折曲角度が９０°となり、規格品のエルボ管を用いることができるので好ましい。もちろん、始点Ｒ１、Ｒ２、…と終点Ｓを頂点に含む直方体が、一つの辺の方向に薄い形状等である場合には、直方体の外周平面に沿った方向ではなく、直方体内部を斜めによぎるように、互いに対角方向に対向する頂点どうしを結ぶ構成とすることもできる。
【００２４】
また、上記実施の形態では、配管を延長する方向について優先順位の例を挙げたが、これに限るものではなく、適宜設定した他の優先順位を用いることもできる。
【００２５】
加えて、本実施の形態では、プラント内における配管ルーティングに本発明を適用する構成としたが、これに限るものではなく、平面あるいは３次元空間内で、管状あるいは線状の構成要素をルーティングする場合に、本発明を有効に適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態における自動配管ルーティングシステムの構成を示す図である。
【図２】配管ルーティングを行うための処理の流れを示す図である。
【図３】始点および終点を頂点とする直方体を仮想的に形成した状態を示す斜視図である。
【図４】始点の位置をずらした状態を示す図である。
【図５】始点の位置をさらにずらした状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…自動配管ルーティングシステム（線状パターン生成装置）、１１…設計データ格納部（位置データ格納部）、１２…配管データ格納部（寸法データ格納部）、１３…配管ルーティング実行部（線状パターン生成部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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