(57)【要約】      （修正有）【課題】構成要素と入力条件との組合せパターンを自動で作成可能で、且つ最適なパターンを短時間で抽出可能な組合せ最適化システム及び組合せ最適化方法を提供する。【解決手段】組合せ最適化システム１０の演算手段１８は、条件組合せ表作成手段３４、算出手段３８、暫定最適組合せ抽出手段４０、条件組合せ表再作成手段４２及び最適組合せ抽出手段４４を有する。条件組合せ表作成手段３４は、構成要素と入力条件とを組み合わせた複数のパターンを作成する。算出手段３８は、強度情報及びコスト情報に基づいて、パターン強度及びパターンコストを算出する。暫定最適組合せ抽出手段４０は、パターン強度及びパターンコストのそれぞれに所定の重み付けをして数値化し、当該重み付けされたパターン強度の値及びパターンコストの値を掛け合わせて評価値として算出する。【選択図】図４
2013101536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成要素からなる目的成果物の設計に際し、前記複数の構成要素と、前記目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せパターンを求める組合せ最適化システムであって、
前記入力条件に従属する制約情報及び評価情報が、前記入力条件に紐付けられて格納された情報データベースと、
所定数の組合せパターンから構成されるパターンセットを作成するパターンセット作成手段と、
前記情報データベースに格納された制約情報及び評価情報に基づいて、前記パターンセットを構成する前記所定数の組合せパターンごとのパターン制約値及びパターン評価値を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された所定数のパターン制約値のうち、パターン制約値が所定範囲に含まれ、且つパターン評価値が所定の条件に適合した最適な組合せパターンを暫定最適パターンとして暫定的に抽出する暫定最適パターン抽出手段と、
前記暫定最適パターン抽出手段により抽出された前記暫定最適パターンに加え、所定の方法で新たな組合せパターンを所定数作成してパターンセットを再作成するパターンセット再作成手段と、
前記パターンセット再作成手段によるパターンセットの再作成、前記算出手段によるパターン制約値及びパターン評価値の算出、及び前記暫定最適パターン抽出手段による暫定最適パターンの抽出を所定の回数繰り返して抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記複数の構成要素と前記複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターンとする最適パターン抽出手段と、を備えることを特徴とする目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化システム。
【請求項２】
前記パターンセット再作成手段における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出手段によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件に従属する前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンを新たに作成することを特徴とする請求項１に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化システム。
【請求項３】
前記パターンセット再作成手段における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出手段によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件の前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、前記暫定最適パターン抽出手段によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件の前記各情報と異なる新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、を作成することを特徴とする請求項１に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化システム。
【請求項４】
前記入力条件に対して複数の評価情報が紐付けられている場合に前記算出手段は、前記評価情報ごとに前記パターン評価値をそれぞれ算出するとともに、各パターン評価値のそれぞれに所定の重み付けをすることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化システム。
【請求項５】
前記目的成果物は、複数の部材から構成される構造体であり、
前記算出手段により算出される前記パターン制約値は、前記構造体の強度、耐久性、耐熱性のうち少なくとも一つを含み、
前記算出手段により算出される前記パターン評価値は、前記構造体全体のコスト、重量のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか一項に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化システム。
【請求項６】
複数の構成要素からなる目的成果物の設計に際し、前記複数の構成要素と、前記目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せパターンを求める組合せの最適化方法であって、
前記入力条件に従属する制約情報及び評価情報が、前記入力条件に紐付けられて情報データベースに格納されており、
所定数の組合せパターンから構成されるパターンセットを作成するパターンセット作成工程と、
前記情報データベースに格納された制約情報及び評価情報に基づいて、前記パターンセットを構成する前記所定数の組合せパターンごとのパターン制約値及びパターン評価値を算出する算出工程と、
前記算出工程により算出された所定数のパターン制約値のうち、パターン制約値が所定範囲に含まれ、且つパターン評価値が所定の条件に適合した最適な組合せパターンを暫定最適パターンとして暫定的に抽出する暫定最適パターン抽出工程と、
前記暫定最適パターン抽出工程により抽出された前記暫定最適パターンに加え、所定の方法で新たな組合せパターンを所定数作成してパターンセットを再作成するパターンセット再作成工程と、
前記パターンセット再作成工程によるパターンセットの再作成、前記算出工程によるパターン制約値及びパターン評価値の算出、及び前記暫定最適パターン抽出工程による暫定最適パターンの抽出を所定の回数繰り返して抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記複数の構成要素と前記複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターンとする最適パターン抽出工程と、を備えることを特徴とする目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せの最適化方法。
【請求項７】
前記パターンセット再作成工程における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出工程によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件に従属する前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンを新たに作成することを特徴とする請求項６に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化方法。
【請求項８】
前記パターンセット再作成工程における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出工程によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件の前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、前記暫定最適パターン抽出工程によって抽出された前記暫定最適パターンを構成する前記入力条件の前記各情報と異なる新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、を作成することを特徴とする請求項６に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化方法。
【請求項９】
前記入力条件に対して複数の評価情報が紐付けられている場合に前記算出工程は、前記評価情報ごとに前記パターン評価値をそれぞれ算出するとともに、各パターン評価値のそれぞれに所定の重み付けをすることを特徴とする請求項６〜８のうち何れか一項に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化方法。
【請求項１０】
前記目的成果物は、複数の部材から構成される構造体であり、
前記算出工程により算出される前記パターン制約値は、前記構造体の強度、耐久性、耐熱性のうち少なくとも一つを含み、
前記算出工程により算出される前記パターン評価値は、前記構造体全体のコスト、重量のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６〜９のうち何れか一項に記載の目的成果物を構成する構成要素と入力条件との最適組合せを求める組合せ最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の構成要素からなる目的成果物の設計に際し、複数の構成要素と、目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せを求める組合せ最適化システム及び組合せ最適化方法であり、特に建設工事における工程計画を設計する際の作業内容と作業を実施する作業員の人数等との組合せに用いるものである。
【背景技術】
【０００２】
目的成果物を設計する際は、まず、設計者が目的成果物を構成する複数の構成要素と、目的成果物の設計に必要な複数の入力条件とを組合せて、好適と考える複数の組合せパターンを作成する。次に、各パターンについてそれぞれ、例えば構造計算を行って、パターンごとの強度、コスト等を算出する。そして、算出された各結果の中から、予め設定された強度を満たし、且つ、例えば最もコストの安価なパターンを選択し、当該パターンを構成する構成要素と入力条件との組合せにより目的成果物を構築している。
例えば、建築物を設計する場合、設計者は、建築物の構成要素である柱及び梁と、入力条件である柱や梁の材質及びその径とを組合せて、好適と考える複数の組合せパターンを作成する。その後、各パターンについて構造計算を行って、パターンごとの強度、コストを算出する。そして、算出された各結果の中から、予め設定された所定強度を満たし、且つ最もコストの安価なパターンを選択し、当該パターンを構成する柱及び梁と、材質及び径との組合せにより建築物を構築している。
【０００３】
また、例えば、プラントの建設工事における工程計画を設計する場合、設計者は、例えば構成要素を構成する材料、作業種類、作業内容と、入力条件である作業員の人数及び必要日数とを組合せて、好適と考える複数の組合せパターンを作成する。その後、各パターンについて工程計画シミュレーションを行って、パターンごとの工期、コストを算出する。そして、算出された各結果の中から、予め設定された工期を満たし、且つ最もコストの安価なパターンを選定し、当該パターンを構成する作業内容と、作業員の人数及び必要日数との組合せにより工程計画を作成している。工程計画シミュレーションとしては、例えば、特許文献１に開示されている建設計画支援装置を用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した建築物や工程計画を設計する場合、設計者が構成要素と入力条件とを組合せて、複数の組合せパターンを作成する方法では、構成要素や入力条件の種類が増加すると、組合せパターン数も増加するため、人手で全ての組合せパターンを作成することは煩雑で困難であるという問題点があった。また、構成要素や入力条件の種類が増加すると、最適と考えらえる構成要素と入力条件との組合せを間違えてしまう場合があった。特に、複数種の入力条件が存在しており、これらの入力条件が独立でなく、相互に影響を与え合う場合には更に複雑になるため、最適でないパターンを作成してしまうおそれがあった。
さらに、各パターンについてそれぞれ構造計算や工程計画シミュレーションを実施するため、構造計算や建設シミュレーションの結果は、各パターンの数だけ算出される。このため、算出結果の中から、人が最適な組合せパターンを選択する必要があった。そして、この選択作業は負荷が大きいうえに、多大な時間を要するという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は係る従来技術の問題点に鑑み、構成要素と入力条件との組合せパターンを自動で作成可能で、且つ最適なパターンを短時間で抽出可能な組合せ最適化システム及び組合せ最適化方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、発明の内容を理解し易いように、図１及び図２に示す発明の基本概要図に基づいて説明する。
発明を実施するための形態の欄で示される部材に対応する符号を、課題を解決するための手段の欄に示される部材に括弧書きで付記しているが、発明を実施するための形態の欄で示される部材に特定するものではない。
【０００８】
本発明は、図１に示すように、複数の構成要素からなる目的成果物の設計に際し、前記複数の構成要素と、前記目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せパターンを求める組合せ最適化システム（１０）であって、
前記入力条件に従属する制約情報及び評価情報が、前記入力条件に紐付けられて格納された情報データベース（２２）と、
所定数の組合せパターンから構成されるパターンセット（４６、４８）を作成するパターンセット作成手段（３４）と、
前記情報データベース（２２）に格納された制約情報及び評価情報に基づいて、前記パターンセット（４６、４８）を構成する前記所定数の組合せパターンごとのパターン制約値及びパターン評価値（２１）を算出する算出手段（３８）と、
前記算出手段（３８）により算出された所定数のパターン制約値のうち、パターン制約値が所定範囲に含まれ、且つパターン評価値が所定の条件に適合した最適な組合せパターンを暫定最適パターンとして暫定的に抽出する暫定最適パターン抽出手段（４０）と、
前記暫定最適パターン抽出手段（４０）により抽出された前記暫定最適パターン（２３）に加え、所定の方法で新たな組合せパターンを所定数作成してパターンセット（４６、４８）を再作成するパターンセット再作成手段（４２）と、
前記パターンセット再作成手段（４２）によるパターンセット（４６、４８）の再作成、前記算出手段（３８）によるパターン制約値及びパターン評価値（２１）の算出、及び前記暫定最適パターン抽出手段（４０）による暫定最適パターン（２３）の抽出を所定の回数繰り返して抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記複数の構成要素と前記複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターン（２５）とする最適パターン抽出手段（４４）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記組合せ最適化システム１０によれば、パターンセット作成手段（３４）と、算出手段（３８）と、暫定最適パターン抽出手段（４０）と、パターンセット再作成手段（４２）と、最適パターン抽出手段（４４）と、を備えているため、目的成果物（図３の符号１に相当）の設計に最適な構成要素と入力条件との組合せパターンを求めることができる。
また、パターンセット作成手段（３４）を備えているため、情報データベース（２２）に含まれる複数の構成要素と、複数の入力条件との組合せパターンを短時間で自動的に作成することができる。これにより、人が構成要素と入力条件との組合せパターンを作成する手間を省くことができる。係る場合に、情報データベース（２２）はハードディスク等の記憶手段（１４）に格納されている。そして、パターンセット作成手段（３４）にて組合せパターンを作成することで、構成要素や入力条件の種類が多くなっても、各構成要素と各入力条件との組合せを全て作成することができる。さらに、所定数の組合せパターンから構成されるパターンセット（４６、４８）を短時間で作成することができる。作成されたパターンセットは、ＲＡＭ（１５）等に記憶される。
また、パターンセット再作成手段（４２）及び暫定最適パターン抽出手段（４０）を備えているため、パターンセット（４６、４８）の再作成から暫定最適パターン（２３）の選択までを所定回数繰り返すことができる。そして、所定回数繰り返した後、最適パターン抽出手段（４４）を備えているため、最適な組合せパターン（２５）を選択することができる。これにより、目的成果物（１）の設計に最適な組合せパターン（２５）を求めることができる。暫定最適パターン（２３）及び最適な組合せパターン（２５）は、ＲＡＭ（１５）等に記憶される。
そして、算出手段（３８）を備えているため、組合せパターンごとのパターン制約値及びパターン評価値（２１）を算出することができる。これらの値は、ＲＡＭ（１５）等に記憶される。また、算出手段（３８）は、制約情報及び評価情報等が入力された算出手段用シート（１９）に基づいてパターン制約値及びパターン評価値（２１）を算出する。算出手段用シート（１９）は、算出手段用フォーマットデータベース（２４）に制約情報及び評価情報等を入力することにより作成されるものである。算出手段用シート（１９）を作成するためのフォーマットデータ入力手段（３６）を備えている場合、当該フォーマットデータ入力手段（３６）が、情報データベース（２２）を読み出して、当該情報データベース（２２）に含まれる制約情報及び評価情報を抽出し、算出手段用フォーマットデータベース（２４）に入力することにより、算出手段用シート（１９）は作成される。これにより、人が算出手段用フォーマットデータベース（２４）に制約情報及び評価情報を入力する手間を省くことができる。
さらに、制約情報や評価情報を入力する情報入力手段（１６）や最適な組合せパターン（２５）等を表示する表示手段（２０）を備えていてもよい。
【００１０】
また、前記パターンセット再作成手段（４２）における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出手段（４０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件に従属する前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンを新たに作成してもよい。
【００１１】
このように、パターンセット再作成手段（４２）が、遺伝的アルゴリズムの交叉により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と近似する新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも優れた結果を効率良く取得することができる場合がある。このため、パターン制御値及びパターン評価値（２１）を算出する回数を少なくしても効率良く最適な組合せパターン（２５）を取得することができる。
【００１２】
また、前記パターンセット再作成手段（４２）における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出手段（４０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件の前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、前記暫定最適パターン抽出手段（４０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件の前記各情報と異なる新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、を作成してもよい。
【００１３】
このように、パターンセット再作成手段（４２）が、遺伝的アルゴリズムの交叉により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と近似する新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも優れた結果を効率良く取得することができる場合がある。このため、パターン制御値及びパターン評価値（２１）を算出する回数を少なくしても効率良く最適な組合せパターン（２５）を取得することができる。
また、パターンセット再作成手段（４２）が、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と全く異なる新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも大幅に優れた結果を取得することができる場合がある。構成要素と入力条件とを人間が組合せる場合には、暫定最適パターン（２３）と全く異なる組合せを作成することは、ほとんど無いので、人手で選択する場合には、見つけることができない最適な組合せパターン（２５）を取得することができる場合がある。
【００１４】
また、前記入力条件に対して複数の評価情報が紐付けられている場合に前記算出手段（３８）は、前記評価情報ごとに前記パターン評価値をそれぞれ算出するとともに、各パターン評価値（２１）のそれぞれに所定の重み付けしてもよい。
【００１５】
このように、複数の評価情報が入力条件に紐付けられているため、各評価情報のパターン評価値（２１）を算出することができる。また、各パターン評価値にそれぞれ所定の重み付けをすることにより、予め設定された閾値以下のパターン評価値を含むものを除去したり、予め設定された閾値以上のパターン評価値を含むものを抽出したりすることができる。したがって、目的成果物の設計に最適な組合せパターンを短時間で効率良く求めることができる。
【００１６】
また、前記目的成果物（１）は、複数の部材から構成される構造体であり、
前記算出手段（３８）により算出される前記パターン制約値は、前記構造体の強度、耐久性、耐熱性のうち少なくとも一つを含み、
前記算出手段（３８）により算出される前記パターン評価値は、一般的には前記構造体全体のコスト若しくは重量が選択されるが、
それ以外に構造体の強度と軽量化の組合わせ、流体構造体の流体抵抗値強度の組合わせ、ボイラーに於ける配管耐久性（Ａ＊蒸発量＋Ｂ＊大きさを制約条件として）また材料強度径に於ける（形状＊応力）前記パターン評価値をとして設定してもよい。また工程計画（SIM）において。リソース平滑化と工期またはこれらを組合わせて（Ａ＊平準化偏差（分散）＋Ｂ＊工期）をパターン評価値として求めてもよい。
【００１７】
また目的成果物（１）である構造体には、ラーメン構造等からなる建屋等の建造物、ボイラ等の高温流体供給構造物、焼却炉、排ガス処理装置、熱交換器等から選択される機器、装置又は設備である。
また、パターン制約値は、構造体の強度、耐久性、耐熱性等の制約条件を複数含ませること、様々な条件でパターン制約値を評価することができる。
そして、パターン評価値は、例えば構造体の場合にコスト、重量をパターン評価値として設定することにより、煩雑な構造物の組合わせの中から最もコストの安価なパターンや最も重量の小さいパターンや最も重量の大きいパターン等を選択することができる。
【００１８】
また、図１及び図２に示すように、本発明の組合せの最適化方法は、複数の構成要素からなる目的成果物（１）の設計に際し、前記複数の構成要素と、前記目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せパターンを求める組合せの最適化方法であって、
前記入力条件に従属する制約情報及び評価情報が、前記入力条件に紐付けられて情報データベース（２２）に格納されており、
所定数の組合せパターンから構成されるパターンセット（４６、４８）を作成するパターンセット作成工程（ステップＳ４）と、
前記情報データベース（２２）に格納された制約情報及び評価情報に基づいて、前記パターンセットを構成する前記所定数の組合せパターンごとのパターン制約値及びパターン評価値（２１）を算出する算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）と、
前記算出工程により算出された所定数のパターン制約値のうち、パターン制約値が所定範囲に含まれ、且つパターン評価値が所定の条件に適合した最適な組合せパターンを暫定最適パターン（２３）として暫定的に抽出する暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）と、
前記暫定最適パターン抽出工程により抽出された前記暫定最適パターン（２３）に加え、所定の方法で新たな組合せパターンを所定数作成してパターンセット（４６、４８）を再作成するパターンセット再作成工程（ステップＳ３６）と、
前記パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）によるパターンセット（４６、４８）の再作成、前記算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）によるパターン制約値及びパターン評価値（２１）の算出、及び前記暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）による暫定最適パターン（２３）の抽出を所定の回数繰り返して抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記複数の構成要素と前記複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターン（２５）とする最適パターン抽出工程（ステップＳ１８、Ｓ３２）と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記組合せの最適化方法によれば、パターンセット作成工程（ステップＳ４）と、算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）と、暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）と、パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）と、最適パターン抽出工程（ステップＳ１８、Ｓ３２）と、を備えているため、目的成果物（１）の設計に最適な構成要素と入力条件との組合せパターンを求めることができる。
また、パターン作成工程（ステップＳ４）を備えているため、複数の構成要素と、複数の入力条件との組合せパターンを短時間で自動的に作成することができる。これにより、人が構成要素と入力条件との組合せパターンを作成する手間を省くことができる。そして、パターン作成工程（ステップＳ４）にて組合せパターンを作成することで、構成要素や入力条件の種類が多くなっても、各構成要素と各入力条件とを組合せたパターンセット（４６、４８）を作成することができる。
さらに、パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）及び暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）を備えているため、パターンセット（４６、４８）の再作成から暫定最適パターン（２３）の選択までを所定回数繰り返すことができる。そして、所定回数繰り返した後、最適パターン抽出工程（ステップＳ１８、Ｓ３２）を実施することで、最適な組合せパターン（２５）を選択することができる。これにより、目的成果物（１）の設計に最適な組合せパターン（２５）を求めることができる。
なお、暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）において、パターン制約値が所定範囲に含まれない場合、抽出する対象から除去する（ステップＳ１４、Ｓ２６）。
【００２０】
また、前記パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件に従属する前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンを新たに作成してもよい。
【００２１】
このように、パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）にて、遺伝的アルゴリズムの交叉により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と近似する新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも優れた結果を効率良く取得することができる場合がある。このため、パターン制御値及びパターン評価値（２１）を算出する回数を少なくしても効率良く最適な組合せパターン（２５）を取得することができる。
【００２２】
また、前記パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）における前記所定の方法は、遺伝的アルゴリズムの交叉により、前記暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件の前記各情報と近似する新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、前記暫定最適パターン抽出工程（ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２４、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３０）によって抽出された前記暫定最適パターン（２３）を構成する前記入力条件の前記各情報と異なる新たな前記各情報を作成し、当該新たな前記各情報に紐付けられた入力条件と前記各構成要素とを組合せた組合せパターンと、を作成してもよい。
【００２３】
このように、パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）にて、遺伝的アルゴリズムの交叉により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と近似する新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも優れた結果を効率良く取得することができる場合がある。このため、パターン制御値及びパターン評価値（２１）を算出する回数を少なくしても効率良く最適な組合せパターン（２５）を取得することができる。
また、パターンセット再作成工程（ステップＳ３６）にて、遺伝的アルゴリズムの突然変異により、暫定最適パターン（２３）を構成する入力条件の各情報と全く異なる新たなパターンを作成するため、当該暫定最適パターン（２３）の評価結果よりも大幅に優れた結果を取得することができる場合がある。構成要素と入力条件とを人間が組合せる場合には、暫定最適パターン（２３）と全く異なる組合せを作成することは、ほとんど無いので、人間が作成する場合には、見つけることができない最適な組合せパターン（２５）を取得することができる場合がある。
【００２４】
また、前記入力条件に対して複数の評価情報が紐付けられている場合に前記算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）は、前記評価情報ごとに前記パターン評価値をそれぞれ算出するとともに、各パターン評価値のそれぞれに所定の重み付けしてもよい。
【００２５】
このように、複数の評価情報が入力条件に紐付けられているため、各評価情報のパターン評価値を算出することができる。また、各パターン評価値にそれぞれ所定の重み付けをすることにより、予め設定された閾値以下のパターン評価値を含むものを除去したり、予め設定された閾値以上のパターン評価値を含むものを抽出したりすることができる。したがって、目的成果物（１）の設計に最適な組合せパターン（２５）を短時間で効率良く求めることができる。
【００２６】
また、前記目的成果物（１）は、複数の部材から構成される構造体であり、
前記算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）により算出される前記パターン制約値は、前記構造体の強度、耐久性、耐熱性のうち少なくとも一つを含み、
前記算出工程（ステップＳ１０、Ｓ２２）により算出される前記パターン評価値は、前記構造体全体のコスト、重量のうち少なくとも一つを含む。
【００２７】
このように、目的成果物（１）である構造体とは、例えばラーメン構造等からなる建屋等の建造物、ボイラ等の高温流体供給構造物、焼却炉、排ガス処理装置、熱交換器等を含む機器、装置又は設備に適用出来る。
また、パターン制約値は、構造体の強度、耐久性、耐熱性のうち少なくとも一つを含んでもよいので、様々な条件でパターン制約値を評価することができる。
そして、パターン評価値は、例えば最もコストの安価なパターンや最も重量の小さいパターンや最も重量の大きいパターン等を選択することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、構成要素と入力条件との組合せパターンを自動で作成可能で、且つ最適なパターンを短時間で抽出可能な組合せ最適化システム及び組合せ最適化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る組合せ最適化システムのブロック構成図である。
【図２】本発明に係る組合せ最適化方法のフローを示す図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る組合せ最適化システムを用いて設計する建屋の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る組合せ最適化システムのブロック構成図である。
【図５】（Ａ）は横方向柱の条件入力シートの具体例を示す図である。（Ｂ）は縦方向梁の条件入力シートの具体例を示す図である。
【図６】総当たり方法における条件組合せ表の具体例を示す図である。
【図７】ＧＡ方法における条件組合せ表の具体例を示す図である。
【図８】各パターンを構成する入力条件の内容に基づいてシミュレーション用シートを作成する一例を示す図である。
【図９】算出手段により算出された総当たり方法のパターンコスト及びパターン強度シートの一例を示す図である。
【図１０】算出手段により算出されたＧＡ方法のパターンコスト及びパターン強度シートの一例を示す図である。
【図１１】組合せ最適化方法のフローを示す図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の第二実施形態に係る横方向柱の条件入力シートの具体例を示す図である。（Ｂ）は本発明の第二実施形態に係る縦方向梁の条件入力シートの具体例を示す図である。
【図１３】各パターンを構成する入力条件の内容に基づいてシミュレーション用シートを作成する一例を示す図である。
【図１４】算出手段により算出されたＧＡ方法のパターンコスト、パターン強度及びパターン重量シートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３１】
本発明に係る組合せ最適化システムは、複数の構成要素からなる目的成果物の設計に際し、複数の構成要素と、目的成果物の設計に必要な複数の入力条件との最適な組合せパターンを求めるシステムである。目的成果物とは、ラーメン構造等からなる建屋等の建築物、ボイラ等の高温流体供給構造物、焼却炉、排ガス処理装置、熱交換器等を含み、一つ以上の機能を発揮する機器、装置又は設備である。
【００３２】
図３は、本発明の第一実施形態に係る組合せ最適化システムを用いて設計する建屋の一例を示す図である。
図３に示すように、建屋１は、屋根２と、屋根２を支持する複数の柱３〜９と、隣接する柱３〜９間に配置される構成要素１２と、を備えている。構成要素１２は、柱３と柱４と間及び柱６と柱７との間に配置される横方向柱I〜IIIと、柱４と柱５との間、柱５と柱６との間、柱７と柱８との間、柱８と柱３との間に配置される縦方向梁Ａ〜Ｃと、を有している。横方向柱I〜III及び縦方向梁Ａ〜Ｃの材質、径等の組合せを変更して、予め設定された強度を満たし、且つ最も安価に構築可能な組合せを求める方法について以下で説明する。
【００３３】
図４は、本実施形態に係る組合せ最適化システムのブロック構成図である。
図４に示すように、組合せ最適化システム１０は、主に、記憶手段１４と、条件入力手段１６と、演算手段１８と、表示手段２０とを備えている。
記憶手段１４は、構成要素１２の入力条件等の情報が格納された条件入力シート２２と、建屋１の構造計算に用いられる各構成要素１２の径、強度情報３０、コスト情報３２等の情報を入力するためのシミュレーション用シート１９と、を有している。
【００３４】
図５（Ａ）は、横方向柱I〜IIIの条件入力シート２２の具体例を示す図である。また、図５（Ｂ）は、縦方向梁Ａ〜Ｃの条件入力シート２２の具体例を示す図である。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、各条件入力シート２２は、複数の構成要素１２から構成されている。そして、各構成要素１２の入力条件、制約情報及び評価情報が、複数の構成要素１２のそれぞれに紐付けられて格納された構成となっている。
横方向柱I〜IIIの条件入力シート２２、縦方向梁Ａ〜Ｃの条件入力シート２２の構成要素１２は、それぞれ横方向柱I〜III、縦方向梁Ａ〜Ｃである。また、入力条件は、材質情報２６及び径・本数情報２８である。そして、制約情報は強度情報３０であり、評価情報はコスト情報３２である。
例えば、図５（Ａ）の横方向柱I〜IIIの条件入力シート２２では、Ｎｏ．１の横方向柱Iとして、径が１００の木を２本用いた場合、横方向柱Iの強度情報３０、コスト情報３２がそれぞれ２５０、１０００であることを示している。また、Ｎｏ．２の横方向柱Iとして、径が２００の木を２本用いた場合、横方向柱Iの強度情報３０、コスト情報３２がそれぞれ３５０、１５００であることを示している。
各条件入力シート２２は、必要に応じて表示手段２０に画面表示させることができる。
【００３５】
各条件入力シート２２に格納されている各情報２６、２８、３０、３２は、条件入力手段１６（図３参照）により入力される。条件入力手段１６は、構成要素１２、材質情報２６、径・本数情報２８、強度情報３０、コスト情報３２を条件入力シート２２に入力する。条件入力手段１６としては、キーボードやマウス等が挙げられる。
【００３６】
表示手段２０は、例えばモニタで構成され、記憶手段１４に記憶された条件入力シート２２、シミュレーション用フォーマットデータベース２４等を画面表示する。
【００３７】
演算手段１８（図３参照）は、条件組合せ表作成手段３４と、シミュレーション用条件シート入力手段３６と、算出手段３８と、暫定最適組合せ抽出手段４０と、条件組合せ表再作成手段４２と、最適組合せ抽出手段４４と、を有する。これらの手段を実現するソフトウエアのプログラムが記憶手段１４又はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５に格納されており、記憶手段１４やＲＡＭ１５に格納されたプログラムを読み出し実行することによって以下に示す各手段が実現される。
【００３８】
条件組合せ表作成手段３４は、図６に示すように、複数の構成要素１２と、複数の入力条件とを組み合わせた複数のパターンを作成する。以下、条件組合せ表作成手段３４により作成された複数のパターンからなるシートを条件組合せ表４６という。作成された条件組合せ表４６は、ＲＡＭ１５に記憶される。
図６中の各項目の値は、径・本数情報２８を示しており、例えば、木の項目の値１００とは、木の径が１００であることを示している。
【００３９】
続いて、条件組合せ表作成手段３４は、ＲＡＭ１５に記憶された条件組合せ表４６を読み出して、作成した組合せパターンの数が予め設定された第１閾値以下か否かを判定する。本実施形態では、第１閾値を例えば、１２８としたが、この数に限定されるものではなく、設計等により適宜決定することができる。
【００４０】
作成した組合せパターンの数が、図６に示すように、第１閾値（例えば、１２８）以下の場合、全ての組合せパターンについて構造計算を実施する。以下、全ての組合せパターンについて構造計算を実施する方法を総当たり方法という。
一方、作成した組合せパターンの数が、第１閾値（例えば、１２８）よりも多い場合、それらの組合せパターンの中から、図７に示すように、所定数（例えば、１０）のパターンを選択して、所定数のパターンについて構造計算を実施する。以下、所定数の組合せパターンを作成する方法をＧＡ方法（後述する）という。本実施形態では、所定数を例えば、１０としたが、この数に限定されるものではなく、設計等により適宜決定することができる。
【００４１】
図８は、各パターンを構成する入力条件の内容に基づいてシミュレーション用シート１９を作成する一例を示す図である。図８の上段、下段にはそれぞれ条件組合せ表作成手段３４により作成された条件組合せ表４６、シミュレーション用シート１９が示されている。
図８に示すように、シミュレーション用条件シート入力手段３６は、条件組合せ表作成手段３４によって作成された複数のパターンの中から、各パターンを構成する入力条件の値を選択する。
続いて、シミュレーション用条件シート入力手段３６は、記憶手段１４に格納されているシミュレーション用フォーマットデータベース２４を読み出して、選択された入力条件の値をシミュレーション用フォーマットデータベース２４に入力してシミュレーション用シート１９を作成する。例えば、図６の上段の条件組合せ表４６のパターンＮｏ．９の値をシミュレーション用フォーマットデータベース２４に入力する場合、パターンＮｏ．９を構成する入力条件の値を選択し、続いて、当該選択された入力条件の値をシミュレーション用フォーマットデータベース２４に入力する。シミュレーション用フォーマットデータベース２４への入力は、シミュレーション用条件シート入力手段３６によって自動的に行うことができる。
【００４２】
また、シミュレーション用条件シート入力手段３６は、条件入力シート２２を参照して各構成要素１２の入力条件に紐付けられている強度情報３０及びコスト情報３２を抽出して、これらの各情報をシミュレーション用フォーマットデータベース２４の各入力条件に対応する項目に入力する。例えば、条件組合せ表４６のパターン９の横方向柱Iが、径３００の鉄から構成された場合、径３００の鉄に紐付けられている強度情報３０及びコスト情報３２のそれぞれの値６００、値２５００を横方向柱Iの鉄に対応する項目に入力する。
【００４３】
そして、シミュレーション用条件シート入力手段３６は、条件組合せ表４６を構成しているパターンごとにシミュレーション用シート１９を作成する。即ち、総当たり方法の場合は、全てのパターン（例えば、１２８パターン）についてシミュレーション用シート１９を作成し、ＧＡ方法の場合は、所定数のパターン（例えば、１０パターン）についてシミュレーション用シート１９を作成する。
【００４４】
条件組合せ表４６の入力条件の各値をシミュレーション用シート１９に入力することにより、算出手段３８により構造用計算を行う事が可能となる。シミュレーション用シート１９は、ＲＡＭ１５に記憶される。
【００４５】
算出手段３８は、ＲＡＭ１５に記憶されたシミュレーション用シート１９を読み出して、当該シミュレーション用シート１９に含まれる強度情報３０及びコスト情報３２に基づいて、建屋１全体の強度及びコストを算出する。算出手段３８としては、一般的な構造計算装置、例えばＡＮＳＹＳ等を用いることができる。なお、以下の説明では、算出手段３８により算出された建屋１全体の強度及びコストをそれぞれパターン強度５４及びパターンコスト５２という。
【００４６】
図９は、算出手段３８により算出された総当たり方法のパターンコスト及びパターン強度シート２１の一例を示す図である。また、図１０は、算出手段３８により算出されたＧＡ方法のパターンコスト及びパターン強度シート２１の一例を示す図である。
図９及び図１０に示すように、算出手段３８は、シミュレーション用シート１９に含まれる強度情報３０及びコスト情報３２に基づいて、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算出するとともに、パターンコスト及びパターン強度シート２１を作成する。例えば、総当たり方法の場合は、全てのパターン（例えば、１２８パターン）について算出し、ＧＡ方法の場合は、所定数のパターン（例えば、１０パターン）について算出する。
パターンコスト及びパターン強度シート２１は、ＲＡＭ１５に記憶される。
【００４７】
暫定最適組合せ抽出手段４０は、ＲＡＭ１５に記憶されたパターンコスト及びパターン強度シート２１を読み出して、パターン強度５４の値及びパターンコスト５２の値を掛け合わせて評価値として算出する。評価値Ｙは、Ｙ＝Ｘ１×Ｘ２・・・（１）式、で算数される。ここで、Ｘ１はパターンコスト５２の値、Ｘ２はパターン強度５４の値である。
このとき、暫定最適組合せ抽出手段４０は、算出手段３８によって算出された各パターンのパターン強度５４について、当該パターン強度５４の値が予め設計により決定された第２閾値未満か否かの判定を実施する。続いて、算出されたパターン強度５４の値が第２閾値未満の場合、当該パターン強度５４を値０とし、パターン強度５４の値が第２閾値以上の場合、当該パターン強度５４を値１とする。即ち算出されたパターン強度５４の値が第２閾値未満の場合、上記（１）式のＸ２を値０とし、パターン強度５４の値が第２閾値以上の場合、上記（１）式のＸ２を値１とする
【００４８】
上記（１）式により算出された評価値は、パターンコスト５２が少ない場合に、小さくなる。なお、パターン強度５４が第２閾値未満の場合、値０となる。
【００４９】
続いて、暫定最適組合せ抽出手段４０は、パターンごとの評価値から、値０を除いて最も評価値の小さいパターンを暫定最適組合せ２３として抽出する。即ち、建屋１が予め設定された第２閾値よりも大きいパターン強度５４を有し、且つ、パターンコスト５２が最も安価となるパターンを抽出する。なお、評価値で値０のパターンは、パターン強度５４が第２閾値未満であるため、すべて抽出対象外とする。
【００５０】
暫定最適組合せ抽出手段４０は、総当たり方法の場合、全てのパターン（例えば、１２８パターン）から、最も評価値の小さいパターンを暫定最適組合せ２３として暫定的に抽出する。
一方、ＧＡ方法の場合、所定数のパターン（例えば、１０パターン）から、最も評価値の小さいパターンを暫定最適組合せ２３として暫定的に抽出する。抽出された暫定最適組合せ２３は、ＲＡＭ１５に記憶される。
【００５１】
また、暫定最適組合せ抽出手段４０は、条件組合せ表４６について評価値を算出した算出回数をカウントする。例えば、最初の条件組合せ表４６について評価値を算出した場合、算出回数は１となる。そして、条件組合せ表再作成手段４２（詳細は後述する）によって再作成された条件組合せ表４６について評価値を算出した場合、算出回数は２となる。即ち、条件組合せ表４６について評価値を算出するごとに算出回数は１ずつ増加する。
暫定最適組合せ抽出手段４０は、算出回数をカウントするとともに、当該算出回数が所定回数以上（例えば、１０回）か否かを判定する。算出回数が、所定回数以上の場合、抽出された暫定最適組合せ２３は、最適組合せ抽出手段４４に出力される。一方、算出回数が、所定回数未満の場合、抽出された暫定最適組合せ２３は条件組合せ表再作成手段４２に出力される。
【００５２】
条件組合せ表再作成手段４２は、ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｕｍ）の交叉に基づいて、暫定最適組合せ抽出手段４０により抽出された暫定最適組合せ２３を構成する入力条件の各情報と近似する各情報を作成して、当該近似する各情報を含む新たな交叉パターンを１つ作成する。また、条件組合せ表再作成手段４２は、交叉パターンと無関係な新たな９つのパターンを作成する。即ち条件組合せ表再作成手段４２は、新たなパターンを１０通り作成して、条件組合せ表４６を再作成する。
その後、再作成された条件組合せ表４６の各パターンについて、再び算出手段３８で構造計算を実施するとともにパターン強度５４及びパターンコスト５２を算出する工程から、暫定最適組合せ抽出手段４０にて暫定最適組合せ２３を抽出する工程までを、予め設定された所定回数（例えば、１０回）繰り返す。
【００５３】
最適組合せ抽出手段４４は、暫定最適組合せ抽出手段４０により抽出された暫定最適組合せ２３を構成する複数の構成要素１２と複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターンとする。具体的には、総当たり方法の場合、暫定最適組合せ抽出手段４０により抽出された暫定最適組合せ２３を最適組合せ２５とする。一方、ＧＡ方法の場合、条件組合せ表再作成手段４２による条件組合せ表４６の再作成から、算出手段３８によるパターン強度５４及びパターンコスト５２の算出、及び暫定最適組合せ抽出手段４０による暫定最適組合せ２３の抽出までを所定回数繰り返して抽出された暫定最適組合せ２３を最適組合せ２５とする。最適組合せ２５は、ＲＡＭ１５に記憶される。
【００５４】
本実施形態では、総当たり方法の場合、パターンを１２８パターン作成した場合について説明したが、この値に限定されるものではなく、設計等によって適宜設定される。例えば、１２８パターンすべてについて、算出手段３８を利用して構造計算を実施し、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算出するには約２〜３日を必要とする。そして、例えば、構成要素１２の数が１つ増えると、構成要素１２と入力条件とを組合せたパターン数は大幅に増加するため、算出日数も増加する。このように、構成要素１２の数が１つ増えるごとに、算出日数も増加するため、構成要素１２の数が多い場合、全てのパターンについて構造計算を実施し、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算出することは現実的でない。実際は、パターンを作成してからパターン強度５４及びパターンコスト５２を算出するまでに許容される日数は１日程度であることから、構成要素１２の数が予め設定された閾値未満の場合には、総当たり方法を採用し、構成要素１２の数が閾値以上の場合には、ＧＡ方法を採用してもよい。
【００５５】
上述した構成からなる組合せ最適化システム１０を用いた工程の最適化方法についてフロー図を用いて、以下に説明する。
【００５６】
図１１は、組合せ最適化方法のフローを示す図である。
図１１に示すように、まず、建屋１を構成する構成要素１２（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）、材質情報２６、径・本数情報２８、強度情報３０、コスト情報３２等を条件入力手段１６によって入力する（ステップＳ２）。
【００５７】
次に、条件組合せ表作成手段３４は、複数の構成要素１２と、複数の入力条件とを組合せた複数のパターンからなる条件組合せ表４６を作成する（ステップＳ４）。
続いて、条件組合せ表作成手段３４は、作成したパターンの数が、第１閾値以下か否かを判定する（ステップＳ６）。組合せパターンの数が第１閾値（例えば、１２８個）以下の場合、総当たり方法を実施し、組合せパターンの数が第１閾値よりも多い場合、ＧＡ方法を採用する。
【００５８】
＜総当たり方法の場合＞
作成した組合せパターンの数が、第１閾値以下の場合、シミュレーション用条件シート入力手段３６が、各パターンを構成する入力条件の値を選択する。続いて、シミュレーション用条件シート入力手段３６が、当該選択された値をシミュレーション用シート１９に入力する（ステップＳ８）。
【００５９】
次に、算出手段３８にて全てのパターンについて構造計算を実施して、パターンごとのパターン強度５４及びパターンコスト５２（図９参照）を算出する（ステップＳ１０）。
【００６０】
次に、暫定最適組合せ抽出手段４０は、算出手段３８によって算出された各パターンのパターン強度５４が第２閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１２）。
パターン強度５４が第２閾値未満の場合、暫定最適組合せ抽出手段４０は、上記（１）式を構成するＸ２（パターン強度５４）に値０を代入する（ステップＳ１４）。これにより、上記（１）式より算出される評価値は、値０となる。
一方、パターン強度５４が第２閾値以上の場合、暫定最適組合せ抽出手段４０は、上記（１）式を構成するＸ２（パターン強度５４）に値１を代入する。これにより、上記（１）式より算出される評価値は、パターンコストと同じ値になる。
【００６１】
続いて、暫定最適組合せ抽出手段４０は、パターンごとの評価値から、値０を除いた最も評価値の小さいパターン、即ち最少コスト（値０を除く）のパターンを暫定最適組合せ２３として抽出する（ステップＳ１６）。
【００６２】
次に、最適組合せ抽出手段４４は、暫定最適組合せ抽出手段４０により抽出された暫定最適組合せ２３を構成する複数の構成要素１２と複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターンとする（ステップＳ１８）。
【００６３】
＜ＧＡ方法の場合＞
上述したステップＳ６において、条件組合せ表作成手段３４にて作成した組合せパターンの数が第１閾値よりも多い場合、ＧＡ方法を採用する。次に、ＧＡ方法を採用した場合の最適化方法について説明する。以下の説明において、上述した実施例に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００６４】
ステップＳ６において、組合せパターンの数が、第１閾値よりも多い場合、条件組合せ表作成手段３４は、１０パターンを選択して条件組合せ表４６を作成する。
【００６５】
次に、シミュレーション用条件シート入力手段３６が、各パターンを構成する入力条件の値を選択する。続いて、シミュレーション用条件シート入力手段３６が、当該選択された値をシミュレーション用シート１９に入力する（ステップＳ２０）。
【００６６】
次に、算出手段３８にて１０パターンについて構造計算を実施して、パターンごとのパターン強度５４及びパターンコスト５２（図１０参照）を算出する（ステップＳ２２）。
【００６７】
次に、暫定最適組合せ抽出手段４０は、算出手段３８によって算出された各パターンのパターン強度５４が第２閾値以上か否かを判定する（ステップＳ２４）。
パターン強度５４が第２閾値未満の場合、暫定最適組合せ抽出手段４０は、上記（１）式を構成するＸ２（パターン強度５４）に値０を代入する（ステップＳ２６）。これにより、上記（１）式より算出される評価値は、値０となる。
一方、パターン強度５４が第２閾値以上の場合、暫定最適組合せ抽出手段４０は、上記（１）式を構成するＸ２（パターン強度５４）に値１を代入する。これにより、上記（１）式より算出される評価値は、パターンコストと同じ値になる。
【００６８】
続いて、暫定最適組合せ抽出手段４０は、各パターンの評価値から、値０を除いた最も評価値の小さいパターン、即ち最小コスト（値０を除く）のパターンを暫定最適組合せ２３として抽出する（ステップＳ２８）。
【００６９】
次に、暫定最適組合せ抽出手段４０は、条件組合せ表４６の各パターンの評価値を算出した算出回数が、所定回数（例えば、１０回）以上か否かを判定する（ステップＳ３０）。
評価値の算出回数が所定回数未満の場合、条件組合せ表再作成手段４２が、暫定最適組合せ抽出手段４０により抽出された暫定最適組合せ２３を構成する入力条件の各情報と近似する入力条件をＧＡの交叉に基づいて作成し、当該近似する入力条件を含む新たな交叉パターンを１つ作成する。
また、条件組合せ表再作成手段４２は、交叉パターンと無関係な新たな９つのパターンを作成する。即ち条件組合せ表再作成手段４２は、新たなパターンを１０通り作成して、条件組合せ表４６を再作成する（ステップＳ３６）。
【００７０】
その後、再作成された条件組合せ表４６の各パターンの内容に基づいて、ステップＳ２０からステップＳ３０までを所定回数（例えば、１０回）繰り返す。
【００７１】
ステップＳ３０において、評価値の算出回数が所定回数以上の場合、最適組合せ抽出手段４４は、暫定最適組合せ抽出手段４０により最後（評価値の算出回数が所定回数以上の際）に抽出された暫定最適組合せ２３を構成する複数の構成要素１２と複数の入力条件との組合せを最適な組合せパターンとして（ステップＳ３２）終了する。
【００７２】
上述したように、本実施形態に係る組合せ最適化システム１０によれば、条件組合せ表作成手段３４と、算出手段３８と、暫定最適組合せ抽出手段４０と、条件組合せ表再作成手段４２と、最適パターン抽出手段と、を備えているため、目的成果物の設計に最適な構成要素１２と入力条件との組合せパターンを求めることができる。
【００７３】
また、条件組合せ表作成手段３４を備えているため、複数の構成要素１２と、複数の入力条件との組合せパターンを短時間で自動的に作成することができる。これにより、人が構成要素１２と入力条件との組合せパターンを作成する手間を省くことができる。そして、条件組合せ表作成手段３４にて組合せパターンを作成することで、構成要素１２や入力条件の種類が多くなっても、各構成要素１２と各入力条件との組合せを全て作成することができる。
【００７４】
さらに、条件組合せ表再作成手段４２及び暫定最適組合せ抽出手段４０を備えているため、条件組合せ表４６の再作成から暫定最適組合せ２３の選択までを所定回数繰り返すことができる。そして、所定回数繰り返した後、最適組合せ抽出手段４４を備えているため、最適な組合せパターンを選択することができる。これにより、建屋１の設計に最適な組合せパターンを求めることができる。
【００７５】
そして、シミュレーション用条件シート入力手段３６を備えているため、各パターンを構成する入力条件及び当該入力条件に対応する各情報を短時間で容易にシミュレーション用シート１９に作成することができる。これにより、人がシミュレーション用シート１９を作成する手間を省くことができる。
【００７６】
さらに、組合せパターンの数が第１閾値未満の場合、構成要素１２と入力条件とを組合せた全てのパターンを作成して、当該全てのパターンについて構造計算を実施するとともに、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算定して評価値を算出するため、強度の最も大きいパターンやコストの最も少ないパターンを取得することができる。
【００７７】
一方、パターンの数が第１閾値よりも多い場合、構成要素１２と入力条件とを組合せたパターンを１０通り選択して、これらのパターンについて構造計算を実施するとともに、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算定して評価値を算出することを所定回数繰り返すため、強度の大きいパターンやコストの少ないパターンを短時間で効率良く取得することができる。
【００７８】
また、暫定最適組合せ抽出手段４０が、パターン強度５４及びパターンコスト５２のそれぞれに所定の重み付けをして数値化した評価値をパターンごとに算出し、これらの評価値のうち、値０を除く最も値が小さいものを抽出するため、パターン強度５４及びパターンコスト５２の両方を考慮した優れた結果のみを取得することができる。したがって、算出されたパターン強度５４及びパターンコスト５２に基づいて、人が評価する場合よりも短時間で効率良く最適の結果を取得することができる。
【００７９】
そして、パターン強度５４及びパターンコスト５２にそれぞれ所定の重み付けをすることにより、予め設定された第２閾値未満のパターン強度５４を有するパターンを除去し、且つ最も安価なパターンコスト５２のパターンを抽出することができる。したがって、建屋１の設計に最適な組合せパターンを短時間で効率良く求めることができる。
【００８０】
さらに、条件組合せ表再作成手段４２が、遺伝的アルゴリズムの交叉により、暫定最適組合せ２３を構成する入力条件の各情報と近似する新たなパターンを作成するため、当該暫定最適組合せ２３の評価値よりも優れた結果を効率良く取得することができる場合がある。このため、パターン強度５４及びパターンコスト５２を算出する回数を少なくしても効率良く最適なパターンを取得することができる。
【００８１】
また、暫定最適組合せ抽出手段４０や最適組合せ抽出手段４４により抽出されたパターンを表示手段２０に出力可能なので、人間が目視にて確認することができる。
【００８２】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述した実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第二実施形態では、評価情報として重量情報を新たに追加した。
【００８３】
図１２（Ａ）は、横方向柱I〜IIIの条件入力シート２２の具体例を示す図である。また、図１２（Ｂ）は、縦方向梁Ａ〜Ｃの条件入力シート２２の具体例を示す図である。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、各条件入力シート２２は、各構成要素１２の入力条件、制約情報及び評価情報が、複数の構成要素１２のそれぞれに紐付けられて格納された構成となっている。制約情報は強度情報３０であり、評価情報はコスト情報３２及び重量情報５０である。
例えば、図１２（Ａ）の横方向柱I〜IIIの条件入力シート２２では、Ｎｏ．１の横方向柱Iとして、径が１００の木を２本用いた場合、横方向柱Iの強度情報３０、コスト情報３２、重量情報５０がそれぞれ２５０、１０００、１０であることを示している。
【００８４】
図１３は、各パターンを構成する入力条件の内容に基づいてシミュレーション用シート１９を作成する一例を示す図である。図１３の上段、下段にはそれぞれ条件組合せ表作成手段３４により作成された条件組合せ表４６、シミュレーション用シート１９が示されている。
図１３の上段の条件組合せ表４６のパターンＮｏ．９の値をシミュレーション用シート１９に入力する場合、パターンＮｏ．９を構成する入力条件の値を選択し、続いて、当該選択された入力条件の値をシミュレーション用シート１９に入力する。
また、シミュレーション用条件シート入力手段３６は、条件入力シート２２を参照して各構成要素１２の入力条件に紐付けられている強度情報３０、コスト情報３２及び重量情報５０を抽出して、これらの各情報をシミュレーション用シート１９の各入力条件に対応する項目に入力する。例えば、条件組合せ表４６のパターン９の横方向柱Iが、径３００の鉄から構成された場合、径３００の鉄に紐付けられている強度情報３０、コスト情報３２及び重量情報５０のそれぞれの値６００、値２５００、値３５を横方向柱Iの鉄に対応する項目に入力する。
【００８５】
図１４は、算出手段３８により算出されたＧＡ方法のパターンコスト５２及びパターン強度５４シートの一例を示す図である。
図１４に示すように、算出手段３８は、シミュレーション用シート１９に含まれる強度情報３０、コスト情報３２及び重量情報５０に基づいて、パターン強度５４、パターンコスト５２及びパターン重量５６を算出する。ＧＡ方法の場合は、所定数のパターン（例えば、１０パターン）について算出する。
【００８６】
暫定最適組合せ抽出手段４０は、算出手段３８によって算出されたパターン強度５４、パターンコスト５２及びパターン重量５６のそれぞれに所定の重み付けをして数値化し、評価値として算出する。
具体的に、評価値Ｚは、Ｚ＝（ａ×Ｘ１＋ｂ×Ｘ３）×Ｘ２・・・（２）式、で算数される。ここで、Ｘ１はパターンコスト５２、Ｘ２はパターン強度５４、Ｘ３はパターン重量５６、ａはパターンコスト５２の重み付け係数、ｂはパターン重量５６の重み付け係数、である。各重み付け係数は設計等によって決定される。本実施形態では、重み付け係数として、例えば、ａには値０．０１を付し、ｂには値１００を付した。また、第一実施形態と同様に、パターン強度５４の値が予め設計により決定された第２閾値未満の場合、Ｘ２に値０を代入し、パターン強度５４の値が第２閾値以上の場合、Ｘ２に値１を代入した。
暫定最適組合せ抽出手段４０により算出された評価値は、重み付けを行っているために、パターン重量５６が少ない場合に、小さくなる。これにより、最軽量で、且つ比較的安価なパターンを抽出することができる。
なお、本実施形態では、ａ、ｂにそれぞれ値０．０１、値１００を代入する場合について説明したが、これらの値に限定されるものではなく、他の値を入力してもよい。
【００８７】
上述した組合せ最適化システムによれば、評価情報であるコスト情報３２及び重量情報５０が入力条件に紐付けられているため、パターンコスト５２、パターン重量５６を算出することができる。そして、パターンコスト５２、パターン重量５６にそれぞれ所定の重み付けをすることにより、建屋１の設計に最適な組合せパターンを短時間で効率良く求めることができる。本組合せ最適化システム１０でも、第一実施形態で示した効果を有する。
【００８８】
なお、上述した各実施形態では、ＧＡの交叉に基づいて交叉パターンのみを作成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、交叉パターンに加えて、ＧＡの突然変異に基づいて突然変異パターンを作成してもよい。かかる場合には、突然変異パターンと、交叉パターンと、新たに作成された８つのパターンとについて、再び算出手段３８にてパターン強度５４及びパターンコスト５２等を算出する。そして、突然変異パターン、交叉パターン及び新たな８つのパターンの中から、再び、所定の強度以上で且つ最もコストの安価な新たなパターンを１つ選択する。このように、突然変異パターン、交叉パターン及び新たな８つのパターンを作成し、再びパターン強度５４及びパターンコスト５２等を算出する工程を、予め設定された所定回数繰り返す。そして、所定回数繰り返した後、所定の強度以上で且つ最もコストの安価なパターンを選択する。上述したように、ＧＡの突然変異パターンを作成することにより、暫定最適組合せ２３を構成する入力条件の各情報と全く異なる新たなパターンを作成するため、当該暫定最適組合せ２３の評価値よりも大幅に優れた結果を取得することができる場合がある。構成要素１２と入力条件とを人間が組合せる場合には、暫定最適組合せ２３と全く異なる組合せを作成することは、ほとんど無いので、人間が作成する場合には、見つけることができない最適の組合せを取得することができる場合がある。
なお、本実施形態では、算出手段３８による算出結果としてパターン強度５４及びパターンコスト５２を算出した場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、重量等を算出することとしてもよい。
【００８９】
なお、上述した各実施形態では、横方向柱I〜IIIや縦方向梁Ａ〜Ｃ（構成要素）と、材質（入力変数）とを組合せて構造計算を実施し、パターン強度（パターン制約値）及びパターンコスト（パターン評価値）を算出した場合について説明したが、これに限定されるものではない。本発明の適用可能な例を以下に示す。
【００９０】
例えば、流体構造物の場合において、複数の配管からなる構造体の強度を評価する場合は、複数の配管（構成要素）と、材質（入力変数）とを組合せて配管内を流れる流体の摩擦抵抗計算を実施し、強度（パターン制約値）、流体の摩擦抵抗値（パターン評価値）及び重量（パターン評価値）を算出してもよい。係る場合には、強度、流体の摩擦抵抗値及び重量に基づいて評価値を算定するように構成する。
また、ボイラ構造物の場合、ボイラ管の耐久性を評価する場合は、複数のボイラ管（構成要素）と、材質（入力変数）や蒸気温度（入力変数）やボイラ管の長さ（入力変数）とを組合せてボイラ管の耐久性を計算するとともに、耐久性（パターン制約値）、蒸気の蒸発量（パターン評価値）及びボイラ管の径の大きさ（パターン評価値）を算出するようにしてもよい。係る場合には、耐久性、蒸気の蒸発量及びボイラ管の径の大きさに基づいて評価値を算定する。
また、ボイラの水冷壁等のボイラ配管群や伝熱管構造の性能を評価する場合は、液体が通過する複数の管体（構成要素）と、当該管体の断面形状（入力変数）とを組合せて、管体の周囲を通過する気体（流体）から管体内の液体への熱交換量の計算を実施し、管体内を通過する液体の温度（パターン制約値）、管体の断面形状（パターン評価値）を算出してもよい。係る場合には、流体の温度及びチューブの断面形状に基づいて評価値を算定する。
また、材力構造物を構成する部材の強度を評価する場合は、複数の部材（構成要素）と、材料毎の断面係数（入力変数）とを組み合わせて部材の応力を計算し、引張応力（パターン制約値）、部材の断面積（パターン評価値）を算出してもよい。係る場合には、部材の引張応力及び部材の断面積に基づいて評価値を算出する。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る組合せ最適化システムは構造物のみならずプラントや建築物の工程管理にて起用でき、例えば建設物を構成する柱や梁と強度やコストとの最適な組合せを求める際や、建設工事における工程計画を設計する際の作業内容と作業員の人数等との最適な組合せを求める際に利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  建屋（目的成果物）
２  屋根
３〜８  柱
１０  組合せ最適化システム
１２  構成要素
１４  記憶手段
１５  ＲＡＭ
１６  条件入力手段（情報入力手段）
１７  条件組合せ表（パターンセット）
１８  演算手段
１９  シミュレーション用シート（算出手段用シート）
２０  表示手段
２１  パターンコスト及びパターン強度シート（パターン評価値及びパターン制約値）
２２  条件入力シート（情報データベース）
２３  暫定最適組合せ（暫定最適パターン）
２４  シミュレーション用フォーマットデータベース（算出手段用フォーマットデータベース）
２５  最適組合せ（最適な組合せパターン）
２６  材質情報
２８  径・本数情報
３０  強度情報
３２  コスト情報
３４  条件組合せ表作成手段（パターンセット作成手段）
３６  シミュレーション用条件シート入力手段（フォーマットデータ入力手段）
３８  算出手段
４０  暫定最適組合せ抽出手段（暫定最適パターン抽出手段）
４２  条件組合せ表再作成手段（パターンセット再作成手段）
４４  最適組合せ抽出手段（最適パターン抽出手段）
４６  条件組合せ表（パターンセット）
４８  条件組合せ表（パターンセット）
５０  重量情報
５２  パターンコスト
５４  パターン強度
５６  パターン重量
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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