JP2008287300A - 設計支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
プラント建屋空間に機器３Ｄモデルを配置する際に利用する機器モデラは、予め作成済みの機器モデルを利用するが、機器モデル作成作業自体は煩雑な手作業となる。機器モデルを使わない場合には、３Ｄ形状基本構成要素をプラント建屋空間内に直接配置するため、汎用機器形状としては再利用できない。
【解決手段】
本発明の設計支援装置は、既存のプラント機器配置３Ｄモデル，機器３Ｄモデル，機器属性データ，幾何形状構成要素ライブラリ，寸法・配置パラメータ判定ルールをもとに、機器３Ｄモデルの形状変更箇所を抽出し、機器３Ｄモデルに新規の寸法・配置パラメータとして格納し、新規の機器３Ｄモデルとして再利用する手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの見積もり・設計・建設・運転・保守などのプラントライフサイクルなどに係わる分野の、ＣＡＤデータを用いた設計支援装置に関するものである。

例えば原子力・火力などの発電プラントの製造業では設計段階，建設段階，運用・保守段階，廃棄段階などのプラントライフサイクルにわたって、それぞれ設計データを現地状況に合わせて変更しないと、設計データと現地状況の乖離が大きくなっていくという問題点があった。すなわち、設計段階では比較的単純な形状からなりたっていた機器形状は調達可能な現実の機器の形状，現場に配置された機器の形状に基づいて変更しなければ、プラント建設にかかわる見積もり、計画、現地管理にかかわる誤差を大きめに考慮する必要がある。したがって、なるべく機器の形状を詳細にしたいというニーズがある。

このような機器形状がプラントＣＡＤにおいて、利用しやすい形式で再利用可能なモデルとして用意されていれば、詳細な見積もり向けのＣＡＤデータ作成を短期間で実施するのに効果的であり、設計ＣＡＤデータを実際の現地状況に合わせた修正もしやすくなる。しかしながら、機器モデルを設計初期に詳細に調整可能な形式で用意しておくのは、設計者の作業の負担になる。

〔特許文献１〕に示された「パラメトリック機能を有する３次元モデリングシステムと、同システムによるパラメータ編集方法」では、３次元モデル設計におけるパラメータ項目の編集を手動で実施する。

しかし、この方法だと、機器モデル作成に必要なパラメータはユーザが考案し、作成，編集，入力する必要があるため、複雑な機器形状となった場合、その入力作業が煩雑になる。

特開２００１−３５７０８８号公報

背景技術で述べたように、詳細な機器形状のモデルを設計初期に用意しておくのは非常に煩雑な作業となる。しかしながら、既存の設計３Ｄモデルや、建設した実績をレーザ計測などにより精密に測定することによって得られた実測モデル（アズ・ビルト・データ）に基づく３Ｄモデルから機器形状のモデルを再利用可能な形で抽出することができれば、設計初期から機器にかかわる３Ｄモデルを詳細な形式で用意することができる。

本発明の設計支援装置は、既存のプラント機器配置３Ｄモデル，機器３Ｄモデル，機器属性データ，幾何形状構成要素ライブラリ，寸法・配置パラメータ判定ルールをもとに、機器３Ｄモデルの形状変更箇所を抽出し、機器３Ｄモデルに新規の寸法・配置パラメータとして格納し、新規の機器３Ｄモデルとして再利用する手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の設計支援装置は、機器モデラを利用した配置設計ＣＡＤの機器モデルを用いて、プラント機器配置３Ｄモデル，機器３Ｄモデル，機器属性データ，幾何形状構成要素ライブラリ，パラメータ判定ルールを利用して、機器モデルの増分を抽出する手段と、抽出した機器モデルの増分から部品グループを抽出する手段と、抽出した部品グループの中で幾何形状構成要素の関係を抽出する手段と、パラメータを判定ルールにもとづき提示する手段と、選択したルールと入力内容に基づき追加パラメータを作成する手段と、手動でのパラメータ入力を受け取る手段と、該追加パラメータを新しい機器３Ｄモデルとして更新する手段を備えるものである。

また、本発明の設計支援装置は、予め蓄積してあるルールにしたがってパラメータ名称を入力する手段とルール自体を手動で入力する手段と、それらの関連情報を画面上に入力する手段を備えるものである。

また、本発明の設計支援装置は、機器３Ｄモデルの原点のみで追加部品の配置座標関係を抽出する手段を備えるものである。

また、本発明の設計支援装置は、機器３Ｄモデルの寸法パラメータからの相対値で追加部品の寸法パラメータと配置座標関係を抽出する手段を備えるものである。

また、本発明の設計支援装置は、機器３Ｄモデル上の絶対座標値と追加部品の絶対座標および絶対寸法を抽出する手段を備えるものである。

本発明の設計支援装置によれば、機器３Ｄモデルの形状変更箇所を抽出し、パラメータ・データベースに取り込み再利用するため、実際の形状を反映した機器モデル・ライブラリ作成を効率化することができる。

さらに、本発明の設計支援装置によれば、ユーザの入力範囲を限定し、複数ユーザからの同時入力を抑制して、同一図書に関する複数ユーザの重複入力を防止することができる。

さらに、本発明の設計支援装置は、作成済みの寸法パラメータ判定ルールに基づき、寸法パラメータの設定ルールおよび候補を選択提示することにより、寸法パラメータを効率的に入力することができる。

さらに、本発明の設計支援装置は、機器に付加すべき形状の寸法を相対的に変形させる方法と、形状の絶対的な寸法を維持して、配置関係を調整する方法を提供することにより、詳細な機器形状３Ｄモデルの作成制御を実現できる。

文書構造の抽出とデータ整合性判定，設計図書生成を目的に、パラメータ抽出装置，入出力装置，モデル・データ格納データベースにより実現した実施例を以下に示す。

図１は、本発明の一実施例の構成図であって、パラメータ抽出装置１３０とモデル・データ格納データベース３０と入出力装置２０とからなり、機器配置モデル３１０に格納されている設計済み、あるいは、変更済み機器形状３Ｄモデルから、変更可能なパラメータを設定して、機器３Ｄモデル（ライブラリ）３２０を更新する。

パラメータ抽出装置１３０は機器モデル抽出部１３１０，部品グループ抽出部１３２０，幾何形状構成要素配置関係抽出部１３３０，パラメータ判定ルール提示部１３４０，幾何形状構成要素パラメータ化部１３５０，パラメータ入力部１３６０からなり、パラメータ判定ルール提示部１３４０とパラメータ入力部１３６０は入出力装置２０と接続する。

また、モデル・データ格納データベース３０は、機器配置モデル３１０，機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０，機器属性データ３３０，幾何形状構成要素ライブラリ３４０，パラメータ判定ルール３５０とを備えている。

図２と図４を用いてプラント系ＣＡＤの一般的なＣＡＤデータ入力方法を説明する。

まず機器モデラ１２０を用いて機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０と機器属性データ３３０を用いて具体的な機器形状１２１０を生成する。機器形状はプラントに必要な機器として複数のものを定める。そのようにして用意した機器形状を配置設計ＣＡＤ１１０に渡して、プラント建屋の座標原点１１００に対して、配置する。また、機器モデラであらかじめ作成しておかなかった追加形状に関しても、たとえば追加形状１２２０，１２３０のように機器３Ｄモデルに接続することができる。すなわち、パラメータ変形で作成した機器と認識できる形状と、単なる形状追加により、機器形状詳細を調整した状態で、実際の建設状況にできるだけ近い形状を再現できるようにする。

以上のようなＣＡＤによる設計支援装置の関係を図４で示す。設計支援装置群１０は配置設計ＣＡＤ１１０，機器モデラ１２０，パラメータ抽出装置１３０からなり、入出力装置２０により制御される。また、データの抽出および作成の結果はモデル格納データベースにすべて登録された情報を用いることになる。

図３は機器モデラの利用を画面表示例から説明する図である。機器モデラの制御内容を表示する画面１２０ａにより、機器種別，機器タイプを選択することで、機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０，機器属性データ３３０，プリミティブ・ライブラリ３４０からＣＡＤで必要とされる機器３Ｄモデルを選択する。また、機器属性データ３３０に関係する寸法パラメータの記号と名称が格納されており、ユーザは実世界での寸法を入力することになる。これによりプラント系設計ＣＡＤに必要な機器の形状を生成し、生成したデータを配置設計ＣＡＤ１１０で利用することになる。

図５は機器配置モデル３１０のデータ構造を示す図である。機器配置モデルにはプラント建屋空間上の機器の配置関係を記述する３Ｄ座標が書き込まれる。ここで機器名称と配置座標、および、接続部品のデータが表形式で管理される。そして、接続部品の情報は機器モデル抽出部１３１０で利用される。

図６は機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０のデータ構造を示す図である。機器３Ｄモデル・ライブラリは機器種別，機器のタイプ，機器の座標系の原点，機器を構成するプリミティブ，プリミティブ間の接続関係，関係する属性ＩＤからなる列から構成される表でデータが管理される。たとえば、燃焼装置のタイプＡのものについては機器座標系での原点は機器の左上端として、機器の形状を構成する構成プリミティブ（幾何形状構成要素）は直方体（ＰＢＯＸ１）と三角形をスイープして作成させた立体（ＰＴＲ１）からなる。このような状況でプリミティブ同士が接続しているとすれば、その二つのプリミティブ間で一個目のプリミティブの底面の北東と二個目のプリミティブの上面の北東が一致するような記述がなされる。

図７は機器属性データ３３０のデータ構造を示す図である。機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０で定義される属性ＩＤで関係づけられ、属性記号，プリミティブ側での対応寸法パラメータ，名称，デフォルト値からなる表形式でデータが管理される。たとえば属性記号ａは立方体のプリミティブ（ＰＢＯＸ１）の垂直面の高さｈに対応し、デフォルトの長さは２０ｍであるなどと管理されるものである。

図８は幾何形状構成要素ライブラリ３４０のデータ構造を示す図である。３Ｄ−ＣＡＤの幾何形状の大元のデータはこのライブラリの情報を用いて生成される。ここでは、プリミティブＩＤ，ＣＡＤデータとしての番号，パラメータ、意味からなる表形式でデータが管理される。

図９はパラメータ判定ルール３５０の例を説明する図である。パラメータ判定ルールは、ルールＩＤ，関係するパラメータ，適用式，説明，変換式からなる表形式でデータが管理される。ここでは、上面と底面，接する面が同じ形状のプリミティブの寸法と原点を比較し、完全一致であれば、パラメータをどちらか一方のパラメータに集約するという例を記述している。

図１０はルール提示画面の例を示す図である。ルール提示画面はパラメータ判定ルール提示部１３４０が入出力装置２０に表示するものである。機器形状の増分を抽出し、増えた形状をグループ分けして部品グループとする。部品グループごとに構成プリミティブを表示し、そこに適用可能なルールをプリミティブの組み合わせと、機器属性情報などをもとにしぼり込んで選択して、ユーザが適切なルールを選択する。その後、選択したルールにかかわるパラメータ名称を入力するか、ルールを手動で入力して、パラメータ名を追加するという二つの手段をとるようにする。

図１１はパラメータ抽出処理の流れを示す図である。ここでは、機器配置モデル３１０に機器モデル抽出部１３１０を作用させることにより、元々、機器３Ｄモデル３２０に格納されている形状からの増分のオブジェクトを抽出する。抽出された増分のオブジェクトは構成する幾何形状構成要素が接続されているかたまりごとに部品グループとして部品グループ抽出部により抽出する。パラメータ抽出装置１３０の幾何形状構成要素配置関係抽出部１３３０は追加部品グループ・データを受信する（１３４０−ｐ１）。追加部品グループ数分処理が終わらないうちは（１３４０−ｐ２，Ｙｅｓ）、部品グループ内のプリミティブを抽出し（１３４０−ｐ３）、対応したプリミティブにかかわるパラメータ判定ルール３５０を選択する（１３４０−ｐ４）。そして、選択したルールを入出力装置２０が備える画面に表示する（１３４０−ｐ５）。そして、表示画面から押したボタンの種類で処理が分岐する。まず、図１０のパラメータ名称入力ボタンが押された場合は（１３４０−ｐ６，名称入力）選択したルールに基づき、入力したパラメータ名を部品グループに対応付ける（１３４０−ｐ７）。もし、ルール手動入力ボタンを押したときには（１３４０−ｐ６）、入力したルールとパラメータ名を部品グループに対応付ける（１３４０−ｐ８）。最後に全部品グループに関して、本処理が終了したときに（１３４０−ｐ２，Ｎｏ）、機器３Ｄモデル・ライブラリ３２０を更新する（１３０−ｐ９）。

図１２は機器モデラ１２０の利用処理の流れを示す図である。まず、ユーザは機器モデラ１２０を用いて機器種別を選択する（１２０−ｐ１）。次に、機器タイプを選択する（１２０−ｐ２）。そして、機器３Ｄモデル３２０より対応する適切な３Ｄモデルを選択する（１２０−ｐ３）。さらに、機器属性データ３３０より対応するデータを選択する（１２０−ｐ４）。形状生成のため、幾何形状構成要素（プリミティブ）ライブラリ３４０より対応プリミティブを選択する（１２０−ｐ５）。最後にユーザが具体的な寸法（設定値）を入力することで配置設計ＣＡＤに必要な機器形状を生成する（１２０−ｐ６）。

図１３は配置設計ＣＡＤ１１０の利用処理の流れを示す図である。ここでは、機器モデラ１２０で作成した機器３Ｄモデルを配置設計ＣＡＤ１１０でプラント空間上に配置する（１１０−ｐ１）。そして、機器３Ｄモデルに接続する幾何形状をプリミティブ・ライブラリ３４０から選択して追加配置する（１１０−ｐ２）。配管，トレイなどの標準プラント部品で機器間を接続する（１１０−ｐ３）。最後に配置結果を機器配置モデルに格納する。

図１４は更新前の機器モデルの例を説明する図である。たとえば４種類のパラメータ機器の形状を更新できるオリジナルのモデルを示している。

図１５は更新後の機器モデルの例を説明する図である。本発明のパラメータ抽出装置１３０によってパラメータが追加され、更新された後の機器３Ｄモデルを示している。

このように、本発明の設計支援装置によれば、設計変更，調達物変更にともなう機器形状の変化や、現地での写真計測，レーザ計測の結果を用いて変更される機器形状に追従して、機器３Ｄモデルを変更し、再利用可能な形式で機器３Ｄモデル・ライブラリを更新することが実現できる。

火力，原子力などの発電プラントにおけるプラント設計／調達／建設業務に適用可能で、３ＤＣＡＤを設計初期から取り入れることにより、高精度な見積もりを短期間で実施することが要求される分野に適用可能である。

本発明からなる設計支援装置の構成を示す図である。 配置設計ＣＡＤの利用方法と画面例を説明する図である。 機器モデラの利用方法と画面例を説明する図である。 本発明からなる設計支援装置と一般的なプラント配置設計ＣＡＤの組合せの構成を示す図である。 機器配置モデルのデータ構造を示す図である。 機器３Ｄモデルのデータ構造を示す図である。 機器属性データのデータ構造を示す図である。 プリミティブ・ライブラリのデータ構造を示す図である。 配置判定ルールの例を説明する図である。 ルール提示画面の例を示す図である。 パラメータ抽出処理の流れを示す図である。 機器モデラの利用処理の流れを示す図である。 配置設計ＣＡＤの利用処理の流れを示す図である。 更新前の機器モデルの例を説明する図である。 更新後の機器モデルの例を説明する図である。

符号の説明

２０ 入出力装置
３０ モデル・データ格納データベース
１３０ パラメータ抽出装置
３１０ 機器配置モデル
３２０ 機器３Ｄモデル
３３０ 機器属性データ
３４０ 幾何形状構成要素ライブラリ
３５０ パラメータ判定ルール
１３１０ 機器モデル抽出部
１３２０ 部品グループ抽出部
１３３０ 幾何形状構成要素配置関係抽出部
１３４０ パラメータ判定ルール提示部
１３５０ 幾何形状構成要素パラメータ化部
１３６０ パラメータ入力部

Claims (6)

1. 既存のプラント機器配置３Ｄモデルと機器３Ｄモデルを利用して、該プラント機器配置３Ｄモデルから機器３Ｄモデルで作成したオブジェクトと、該オブジェクトに接続する複数の幾何形状構成要素を新機器３Ｄモデルとして抽出する機器モデル増分抽出部と、
   抽出した新機器３Ｄモデルに対して、幾何形状構成要素ライブラリ，機器３Ｄモデル，機器属性データを用いて、接続される幾何形状構成要素グループと接続されない幾何形状構成要素グループを区別して、接続される幾何形状構成要素グループを新規に追加された部品グループとして認識する部品グループ抽出部と、
   該部品グループに対して配置判定ルールに基づき、機器３Ｄモデル原点に対する部品グループ原点と、部品グループ原点に対して幾何形状構成要素の配置座標関係を抽出する幾何形状構成要素配置関係抽出部と、
   抽出された幾何形状構成要素の種類と配置座標関係を制約条件として、予め作成済みの寸法パラメータ判定ルールに基づき、寸法パラメータを選択して提示するパラメータ判定ルール提示部と、
   提示されたパラメータのうちの一つを機器３Ｄモデルに既存の機器３Ｄモデルを更新する機器３Ｄモデル・パラメータ化部とを備えたことを特徴とする設計支援装置。
2. 請求項１記載の設計支援装置において、
   提示されたパラメータを画面に提示して、ユーザが選択するインタフェースを有する設計支援装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の設計支援装置において、
   ユーザが個別にパラメータを編集・入力するインタフェースを有する設計支援装置。
4. 請求項１から請求項３のうちの１つの設計支援装置において、
   機器３Ｄモデルの原点のみで追加部品の配置座標関係を抽出する設計支援装置。
5. 請求項１から請求項４のうちの１つの設計支援装置において、
   機器３Ｄモデルの寸法パラメータからの相対値で追加部品の寸法パラメータと配置座標関係を抽出する設計支援装置。
6. 請求項１から請求項４のうちの１つの設計支援装置において、
   機器３Ｄモデル上の絶対座標値と追加部品の絶対座標および絶対寸法を抽出する設計支援装置。

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