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発明の名称 解析最適化システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−323459(P2003−323459A)
公開日 平成15年11月14日(2003.11.14)
出願番号 特願2002−128794(P2002−128794)
出願日 平成14年4月30日(2002.4.30)
代理人 【識別番号】100102864
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 実
【テーマコード(参考)】
5B046
【Fターム(参考)】
5B046 CA06 JA07 KA05 
発明者 山本 郁夫 / 佐竹 宏次
要約 課題
解析プログラムの種類を増やす場合でも、最適化プログラムを増やすさず、解析/最適化プログラムにおける最適化プログラムの容量を抑制する。

解決手段
解析システム2−iと最適化システム1を具備する解析最適化システムを用いる。解析システム2−iは、通信回線4に接続され、解析プログラムを有し、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づき、評価対象に関わる物理量の解析を行う。最適化システム1は、前記通信回線4に接続され、最適化プログラムを有し、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報に基づき、最適化対象の最適化演算を行う。前記第1評価値情報は、前記解析の過程において、前記解析システム2−iから前記最適化システム1へ送信される。前記最適化演算の結果としての演算結果情報は、前記最適化システム1から前記解析システム2−iへ送信される。
特許請求の範囲
【請求項1】通信回線に接続され、解析プログラムを有し、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行う解析システムと、前記通信回線に接続され、最適化プログラムを有し、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行う最適化システムと、を具備し、前記第1評価値情報は、前記解析の過程において、前記解析システムから前記最適化システムへ送信され、前記最適化演算の結果としての演算結果情報は、前記最適化システムから前記解析システムへ送信される、解析最適化システム。
【請求項2】前記最適化システムは、第2評価値情報と最適化条件とを関連付けた評価値データベースを具備し、前記最適化システムは、前記解析システムから受信した前記第1評価値情報と前記第2評価値情報とに基づいて、前記最適化条件を特定し、特定された前記最適化条件に基づいて、前記最適化演算を行う、請求項1に記載の解析最適化システム。
【請求項3】前記解析システムは、前記第1評価値情報を前記最適化システムへ送信する際、前記第1評価値情報を前記解析プログラムで用いる第1フォーマットとは異なる第2フォーマットに変換する、請求項1又は2に記載の解析最適化システム。
【請求項4】前記最適化システムは、前記第2フォーマットの前記第1評価値情報を受信する際、前記最適化プログラムで用いる第3フォーマットに変換して前記最適化演算を行い、前記演算結果情報を前記解析システムへ送信する際、前記演算結果情報を前記第2フォーマットに変換する、請求項3に記載の解析最適化システム。
【請求項5】前記解析システムは、前記第2フォーマットの前記演算結果情報を受信する際、前記演算結果情報を前記第1フォーマットに変換する、請求項4に記載の解析最適化システム。
【請求項6】前記評価対象は、洋上プラットフォームである、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の解析最適化システム。
【請求項7】前記通信回線に接続された情報端末を更に具備し、前記複数の設定値情報は、前記情報端末から入力される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の解析最適化システム。
【請求項8】予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行う解析部と、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化を行う最適化システムへ送信する送受信部と、を具備し、前記送受信部は、前記最適化システムから、前記最適化の結果としての演算結果情報を受信し、前記解析部は、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了する、解析システム。
【請求項9】解析を行う解析システムから、第1評価値情報を受信する送受信部と、ここで、前記第1評価値情報は、前記解析システムが、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量について行う解析の過程において出力する、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示し、第2評価値情報と最適化条件とを関連付けた評価値データベースと、前記第1評価値情報と前記第2評価値情報とに基づいて、最適化対象の最適化演算を行う最適化計算部と、を具備し、前記送受信部は、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システムへ送信する、最適化システム。
【請求項10】解析システムが、解析プログラムを用いて、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行うステップと、前記解析システムが、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化システムへ送信するステップと、前記最適化システムが、前記第1評価値情報を受信するステップと、前記最適化システムが、最適化プログラムを用いて、前記第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行うステップと、前記最適化システムが、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システムへ送信するステップと、前記解析システムが、前記演算結果情報を受信するステップと、前記解析システムが、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了するステップと、を具備する、解析最適化方法。
【請求項11】前記解析システムが、前記第1評価値情報を、最適化システムへ送信するステップは、前記解析システムが、前記第1評価値情報を前記解析プログラムで用いる第1フォーマットとは異なる第2フォーマットに変換するステップを更に具備する、請求項10に記載の解析最適化方法。
【請求項12】前記解析システムが、前記演算結果情報を受信するステップは、前記解析システムが、前記演算結果情報のフォーマットが前記第1フォーマットと異なる場合、前記演算結果情報を前記第1フォーマットに変換する、請求項11に記載の解析最適化方法。
【請求項13】予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行うステップと、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化を行う最適化システムへ送信するステップと、前記最適化システムから、前記最適化の結果としての演算結果情報を受信するステップと、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了するステップと、前記解析の結果を表示するステップと、を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項14】解析を行う解析システムから、前記解析システムが、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量について行う解析の過程において出力する、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、受信するステップと、前記第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行うステップと、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システムへ送信するステップと、を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項15】前記評価対象は、洋上プラットフォームである、請求項13又は14に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、解析及び最適化を行うシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ある評価対象(例示:洋上プラットフォーム、ディーゼルエンジン、船舶など)に関して、その運動や動作、強度などの評価や解析を行う解析プログラムが知られている。そのような解析プログラムは、その解析結果に基づいて、評価対象における各変数の最適化を行う最適化プログラムと同一のプログラム中に存在する。例えば、洋上プラットフォームの動解析プログラムは、同一のプログラム内に、洋上プラットフォームの運動の解析を行う解析プログラムと、その解析結果を用いて洋上プラットフォームの運動の最適化を行う最適化プログラムとを有している。
【0003】このような場合、最適化プログラムは解析プログラム一つにつき、必ず一つ存在する。そのとき、例えば、洋上プラットフォームの解析及び最適化に加えて、船舶のディーゼルエンジンについて解析及び最適化を行いたい場合、洋上プラットフォームの運動の解析プログラムと洋上プラットフォームの運動の最適化プログラムに加えて、ディーゼルエンジンの動作の解析プログラムとディーゼルエンジンの動作の最適化プログラムが必要である。すなわち、評価対象(洋上プラットフォーム、ディーゼルエンジンなど)が多くなるほど、解析プログラム及び最適化プログラムが必要となる。そして、プログラムの量が多くなり、記憶装置での記憶領域の占有量が大きくなる。
【0004】また、解析プログラムの解析結果に基づいて、それまでと異なる種々の最適化プログラムを用いて最適化を実施したい場合、解析プログラムを伴った最適化プログラムを新たに作成する必要がある。すなわち、新たにコストや時間、労力がかかる。
【0005】評価対象が増えても、プログラムの量を抑えて、記憶装置での記憶領域の占有量を抑えることが可能な技術が望まれている。解析/最適化プログラムを、解析プログラムと最適化プログラムに分離可能な技術が求められている。解析プログラムと独立して、様々な最適化手法の最適化プログラムを利用することが出来る技術が求められている。他のシステムの保有する最適化プログラムを利用することが出来る技術が求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的は、評価対象が増えても、解析/最適化プログラムの容量を抑えて、記憶装置での記憶領域の占有量を抑えることが可能な解析最適化システムを提供することである。
【0007】また、本発明の他の目的は、解析/最適化プログラムを、解析プログラムと最適化プログラムに分離して実行することが可能な解析最適化システムを提供することである。
【0008】本発明の更に他の目的は、解析プログラムと独立して、様々な最適化手法を用いた最適化プログラムを利用することが出来る解析最適化システムを提供することである。
【0009】本発明の別の目的は、他のシステムの保有する最適化プログラムを利用することが出来る解析最適化システムを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0011】上記課題を解決するために、本発明の解析最適化システムは、解析システム(2−i)と、最適化システム(1)を具備する。解析システム(2−i)は、通信回線(4)に接続され、解析プログラムを有し、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行う。最適化システム(1)は、前記通信回線(4)に接続され、最適化プログラムを有し、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行う。そして、前記第1評価値情報は、前記解析の過程において、前記解析システム(2−i)から前記最適化システム(1)へ送信される。また、前記最適化演算の結果としての演算結果情報は、前記最適化システム(1)から前記解析システム(2−i)へ送信される。
【0012】また、本発明の解析最適化システムは、前記最適化システム(1)が、第2評価値情報(21)と最適化条件(24、25)とを関連付けた評価値データベース(13)を具備する。そして、前記最適化システム(1)は、前記解析システム(2−i)から受信した前記第1評価値情報と前記第2評価値情報(21)とに基づいて、前記最適化条件(24、25)を特定し、特定された前記最適化条件(24、25)に基づいて、前記最適化演算を行う。
【0013】また、本発明の解析最適化システムは、前記解析システム(2−i)が、前記第1評価値情報を前記最適化システム(1)へ送信する際、前記第1評価値情報を前記解析プログラムで用いる第1フォーマットとは異なる第2フォーマットに変換する。
【0014】更に、本発明の解析最適化システムは、前記最適化システム(1)が、前記第2フォーマットの前記第1評価値情報を受信する際、前記最適化プログラムで用いる第3フォーマットに変換して前記最適化演算を行い、前記演算結果情報を前記解析システム(2−i)へ送信する際、前記演算結果情報を前記第2フォーマットに変換する。
【0015】更に、本発明の解析最適化システムは、前記解析システム(2−i)が、前記第2フォーマットの前記演算結果情報を受信する際、前記演算結果情報を前記第1フォーマットに変換する。
【0016】更に、本発明の解析最適化システムは、前記評価対象が、洋上プラットフォームである。
【0017】更に、本発明の解析最適化システムは、前記通信回線(4)に接続された情報端末(3)を更に具備する。そして、前記複数の設定値情報は、前記情報端末(3)から入力される。
【0018】上記課題を解決するために、本発明の解析システムは、解析部(16)と、送受信部(17)とを具備する。解析部(16)は、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行う。送受信部(17)は、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化を行う最適化システム(1)へ送信する。そして、前記送受信部(17)は、前記最適化システム(1)から、前記最適化の結果としての演算結果情報を受信する。また、前記解析部(16)は、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了する。
【0019】上記課題を解決するために、本発明の最適化システムは、送受信部(12)と、評価値データベース(13)と、最適化計算部(11)とを具備する。送受信部(12)は、解析を行う解析システム(2−i)から、第1評価値情報を受信する。ただし、前記第1評価値情報は、前記解析システム(2−i)が、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量について行う解析の過程において出力する、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す。評価値データベース(13)は、第2評価値情報(21)と最適化条件(24、25)とを関連付けている。最適化計算部(11)は、前記第1評価値情報と前記第2評価値情報(21)とに基づいて、最適化対象の最適化演算を行う。そして、前記送受信部(12)は、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システム(2−i)へ送信する。
【0020】上記課題を解決するために、本発明の解析最適化方法は、解析システム(2−i)が、解析プログラムを用いて、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行うステップと、前記解析システム(2−i)が、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化システム(1)へ送信するステップと、前記最適化システム(1)が、前記第1評価値情報を受信するステップと、前記最適化システム(1)が、最適化プログラムを用いて、前記第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行うステップと、前記最適化システム(1)が、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システム(2−i)へ送信するステップと、前記解析システム(2−i)が、前記演算結果情報を受信するステップと、前記解析システム(2−i)が、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了するステップとを具備する。
【0021】また、本発明の解析最適化方法は、前記解析システム(2−i)が、前記第1評価値情報を、最適化システム(1)へ送信するステップは、前記解析システム(2−i)が、前記第1評価値情報を前記解析プログラムで用いる第1フォーマットとは異なる第2フォーマットに変換するステップを更に具備する。
【0022】更に、本発明の解析最適化方法において、前記解析システム(2−i)が、前記演算結果情報を受信するステップは、前記解析システム(2−i)が、前記演算結果情報のフォーマットが前記第1フォーマットと異なる場合、前記演算結果情報を前記第1フォーマットに変換する。
【0023】上記課題を解決するために、本発明に関するプログラムは、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量の解析を行うステップと、前記解析の過程において、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、最適化を行う最適化システム(1)へ送信するステップと、前記最適化システム(1)から、前記最適化の結果としての演算結果情報を受信するステップと、記演算結果情報に基づいて、前記解析を完了するステップと、前記解析の結果を表示するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
【0024】また、本発明に関するプログラムは、解析を行う解析システム(2−i)から、前記解析システム(2−i)が、予め設定された解析条件としての複数の設定値情報に基づいて、評価対象に関わる物理量について行う解析の過程において出力する、前記複数の設定値情報のいくつかと前記解析に伴う算出値とを示す第1評価値情報を、受信するステップと、前記第1評価値情報に基づいて、最適化対象の最適化演算を行うステップと、前記最適化演算の結果としての演算結果情報を、前記解析システム(2−i)へ送信するステップとを具備する方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【0025】更に、本発明に関するプログラムは、前記評価対象は、洋上プラットフォームである上記各項に記載の方法をコンピュータに実行させる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明である解析最適化システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【0027】図1は、本発明である解析最適化システムの実施の形態の構成を説明する図である。解析最適化システムは、最適化システム1と解析システム2−i(i=1〜n、自然数、以下同じ)と情報端末3を具備し、通信回線4を介して双方向に通信が可能なように接続している。
【0028】最適化システム1は、ワークステーションに例示される情報処理装置である。プログラムである最適化計算部11と送受信部12とを備え、評価値データベース13を搭載している。
【0029】評価値データベース13は、最適化に必要な情報(例示:最適化の制約条件、評価条件)と、その評価値を用いる評価及び最適化を行う評価対象(例示:洋上プラットフォーム)に関する情報(例示:洋上プラットフォームの運動)と、最適化で用いる評価関数(例示:コスト評価関数)とを関連付けて記憶している。
【0030】最適化計算部11は、最適化プログラムを有する。最適化計算部11は、最適化プログラムを用いて、解析システム2−iから送信される最適化に必要な情報(例示:最適化の制約条件、評価条件)と、評価値データベース13から取得する情報(例示:洋上プラットフォームの最適化条件)とに基づいて、データの最適化演算を行う。最適化演算の演算結果は、解析システム2−iへ出力される。
【0031】最適化の手法(アルゴリズム)としては、従来知られている最適解の探索方法を用いることが出来る。最適化の手法は、ニュートン法、準ニュートン法(可変計量法)、それを改良したDFP(David on Fletcher Powell)法、ペナルティ法、混合ペナルティ法、乗数法に例示される。
【0032】本実施例では、最適解の探索法(最適化の手法)として、制約条件無し問題に対する代表的な降下法である準ニュートン法を改良したDFP法を用いる。制約条件付の問題は、ペナルティ法の一種である混合ペナルティ法を用いて、制約条件無し問題に変換して解く。問題の形式は、以下の形式にすることにより、共通のアルゴリズム(準ニュートン法を改良したDFP法)で解くことができる。
<問題の形式> コスト関数:F=f(X) 最小化 (a)
不等式 :G(X)≧0 j=1〜m (b)
等式 :H(X)=0 i=1〜k (c)
を満たす最適な変数ベクトルX(N次元)と、コストFを求める。すなわち、不等式制限条件G、等式制約条件Hの下で、コスト関数値Fを最小化する最適解を求める問題である。コスト関数F、不等式G(X)及びH(X)は、評価値データベース13に格納されている。ただし、それらの全部又は一部が、解析システム2−iから与えられるようにしても良い。
【0033】送受信部12は、最適化計算部11から受信する形式A(フォーマット)で記述された入力情報を、形式Bに変換する。そして、変換された入力情報を通信回線4を介して、然るべき解析システム2−iへ送信する。ここで、形式Aは、最適計算部11で入出力の際に用いられるデータの形式である。形式Aは、テキスト形式に例示される。形式Bは、通信回線での通信に有利(高速性、秘匿性、取扱性など)なデータの形式である。形式Bは、XML形式(HTML形式のようなXML形式の下位のものも含む)に例示される。本実施例では、形式Aは、テキスト形式であり、形式Bは、XML形式である。また、通信回線4を介して、解析システム2−iから出力された形式Bで記述された評価結果情報を受信する。そして、形式Bの評価結果情報を形式Aに変換し、最適化計算部11へ出力する。
【0034】次に、解析システム2−iについて説明する。全ての解析システム2−1〜nは、同じ機能を有しているので、解析システム2−1についてのみ説明する。解析システム2−1は、ワークステーションに例示される情報処理装置である。プログラムである解析部16と送受信部17とを備え、評価結果データベース18を搭載している。
【0035】解析部16は、解析プログラムを有する。ただし、他の解析システム2−iは、他の種類の解析プログラムを有している場合もある。解析部16は、解析プログラムを用いて、予め設定された条件(例示:ユーザー入力による初期設定値としての入力情報)に基づいて、評価対象(例示:洋上プラットフォーム)の特性(例示:運転状態、軌跡)を評価する評価演算を行う。その時、演算の途中において、最適化に必要な情報(例示:最適化の制約条件、評価条件)を最適化システム1へ送信し、その返信としての演算結果を評価演算に用いる。そして、算出された評価結果としての評価結果情報を、評価結果データベースに18に格納する。
【0036】解析プログラムは、洋上プラットフォームの動解析プログラム(DP−MAP:Dynamic Positioning System−Motion Analysis Program)、ディーゼルエンジンの動解析プログラム、船舶の強度計算プログラム等に例示される。その他、従来知られている解析プログラムが利用できる。その場合、各解析プログラム毎に、評価値(最適化に必要な情報(例示:最適化の制約条件、評価条件))の種類は異なる。その入力及び出力のデータのフォーマット(本実施例ではテキスト形式)は同じもとのする。各解析システム2−iは、各解析システム2−i毎に異なる解析プログラムを有している。
【0037】送受信部17は、通信回線4を介して、最適化システム1から送信されたB形式の入力情報を受信する。そして、それをA形式に変換し、解析部16へ出力する。また、解析部16から出力されたA形式の評価結果情報をB形式に変換する。そして、通信回線4を介して、最適化システム1へ送信する。
【0038】評価結果データベース18は、解析部16で評価を行った結果を格納している。すなわち、評価結果を特定する情報と評価結果に関する情報とを関連付けて記憶している。
【0039】情報端末3は、パーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。通信回線4に接続され、最適化システム1及び解析システム2−iと通信を行なうことが出来る。ユーザーは、解析システム2−iや最適化システム1からだけ出なく、情報端末3からも最適化システム1及び解析システム2−iにアクセスし、評価及び解析を実行することができる。
【0040】通信回線4は、LAN(Local Area Network)に例示される専用回線、インターネットに例示される公衆回線である。最適化システム1、解析システム2−i及び情報端末3が通信可能に接続している。
【0041】次に、評価値データベース13について更に説明する。図2は、評価値データベース13を説明する図である。評価値データベース13は、最適化に必要な情報と、その評価値を用いる評価及び最適化を行う評価対象に関する情報と、最適化で用いる評価関数とを関連付けて記憶している。最適化に必要な情報は、評価値項目20及び評価値21である。評価値項目20は、評価値の種類である。評価値項目は、スラスタ推力、スラスタ個数(ただしDP−MAP)に例示される。評価値21は、評価値項目20の値である。評価値を用いる評価及び最適化を行う評価対象に関する情報は、評価対象22及び内容23である。評価対象22は、評価対象であり、洋上プラットフォーム、ディーゼルエンジン、船舶に例示される。内容23は、評価対象において評価を行う内容であり、外力下の運動、トルク下の運動、外力下の強度に例示される。最適化で用いる評価関数は、制約条件24及び評価関数25である。制約条件24は、等式条件、不等式条件に例示される。評価関数25は、コスト評価関数に例示される。これらの式を予め与えておき、評価値の入力を、これらの式へ代入する。
【0042】次に、評価結果データベース18について説明する。図3は、評価結果データベース18を説明する図である。評価結果データベース18は、評価結果を特定する情報と評価結果に関する情報とを関連付けて記憶しいている。評価結果を特定する情報は、ID28、評価対象29及び内容30である。ID28は、解析部16において実行した評価を特定する。入力情報の入力時にユーザーにより付けられるIDである。評価結果の算出時に、解析部16が付けるようにしても良い。ID28は、いくつかの英数文字の組合せに例示される。評価対象29及び内容30は、評価対象22及び内容23と同様である。評価結果に関する情報は、入力情報31及び評価結果情報32である。入力情報31は、ユーザーにより解析システム2−1において入力される。設定項目31−1及び設定値31−2を含む。設定項目31−1は、解析に必要な各種条件を設定する項目である。設定項目31−1は、スラスタ項目(個数、最大容量、…)、洋上プラットフォーム項目(重量、長さ、…)(ただしDP−MAP)に例示される。設定値31−2は、各設定項目31−1の設定値(初期値)である。評価結果情報32は、入力情報31に基づいて解析部16により行われた評価結果を示す。評価結果情報32は、評価項目32−1、評価結果32−2を含む。評価項目32−1は、解析部16が評価を行った項目である。評価項目32−1は、スラスタ挙動(推力、方向、…)、洋上プラットフォームの挙動(最大変位、平均変位、…)(ただしDP−MAP)に例示される。評価値32−2は、評価項目32−1に対して、解析部16が評価を行った結果である。
【0043】なお、本実施例では、解析システム2−iと最適化システム1とは、別の場所にあるが、同一のシステム上に存在しても良い。その場合、解析プログラムと最適化プログラムとは、別々に存在し、独立に動作可能とする。
【0044】次に、本発明である解析最適化システムの実施の形態における動作について説明する。図4は、本発明である解析最適化システムの実施の形態における動作を示すフロー図である。ここでは、石油掘削用のプラットフォームのような、複数のスラスタ(推力発生装置)を有し、海上の定位置に保持される洋上プラットフォームの運動を解析するフローを例に示して説明する。ただし、解析部16としては、洋上プラットフォームの動解析プログラム(DP−MAP)を用い、最適計算部11としては、準ニュートン法を改良したDFP法を用いる。
【0045】ここで、DP−MAPは、風、波、潮流等の複合変動力に基づく洋上プラットフォームの運動方程式を立て、それを解くことにより、洋上プラットフォームの挙動を求めるというアルゴリズムを用いた、動解析プログラムである。
【0046】(1)ステップS01ユーザーにより、解析システム2−iにおいて、以下の各設定項目について、その値である設定値が入力情報として入力される。
A.可変パラメータ1.ヘッダー項目:評価を特定するデータID(ファイル名、日付など)
2.スラスタ項目:洋上プラットフォームのスラスタのデータスラスタ個数、スラスタ取付点座標、スラスタ最小/最大容量3.制御項目:洋上プラットフォームの動作制御用のPIDのデータPIDゲイン、計算時間間隔、制御時間間隔制御トータル力(Fx,Fy)トータルモーメント(Nz)
4.評価関数式:最適化に用いる項目スラスタエネルギー消費量B.固定パラメータ5.洋上プラットフォーム項目:洋上プラットフォームの構造データ重量、長さ、幅、高さ、排水量、慣性モーメント6.外乱条件:想定される海象及び気象の外力に関するデータ風力、風向、波力、波方向、潮流力、潮流力方向C.初期データ初期目標位置、初期目標方位【0047】(2)ステップS02:洋上プラットフォームが受ける流体力(X、Y、N)、スクリューのプロペラにより発生する流体力(X、Y、N)、舵により発生する流体力(X、Y、N)、スラスタにより発生する流体力(X、Y、N)、風による外力(X、Y、N)、波による外力(X、Y、N)を計算する(力は、全て前後方向、横方向の力、モーメントの3成分について計算)。そして、それらを用いて、洋上プラットフォームの運動方程式(前後、横、回転の各方向)が生成される。運動方程式は、例えば、以下のように表現される。
【数1】

各符号の意味は、次の通りである。
m:浮体の質量、m:x軸方向の付加質量、m:y軸方向の付加質量、Izz:浮体重心まわりの慣性モーメントJzz:浮体重心まわりの付加慣性モーメントu:物体固定座標系における浮体運動のx軸方向成分v:物体固定座標系における浮体運動のy軸方向成分r:回頭角速度X、Y、N:浮体が受ける流体力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:プロペラが発生する流体力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:スラスタにより発生する流体力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:舵により発生する流体力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:風による外力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:波による外力(前後力、横力、モーメント)
、Y、N:係留による係留力(前後力、横力、モーメント)
r:回頭角速度φ:回頭角U:潮流速度β:潮流角度【0048】(3)ステップS03係留(海底と洋上プラットフォームとを係留ラインで繋ぐ)を行なっている場合には、係留により生じる係留力(X、Y、N)が考慮される。
【0049】(4)ステップS04PID制御法により、現在の位置と目標位置との差に基づいて、洋上プラットフォームの定位置の保持の制御に必要な力(スラスタ推力:前後方向の力FXC、横方向の力FYC、モーメントNXCの3成分)を、以下の式により計算する。
【数2】

但し、FXC : X軸方向に加える力FYC : Y軸方向に加える力NXC : Z軸まわりのモーメントX,Y : 洋上プラットフォームの現在の位置XSET,YSET : 洋上プラットフォーム位置設定値(目標位置)
ΨSET : 方位角設定値KPj(j=X,Y,Ψ) : 比例制御ゲインKIj(j=X,Y,Ψ) : 積分制御ゲインKDj(j=X,Y,Ψ) : 微分制御ゲイン【0050】(5)ステップS05解析部16は、最適化システム1へ最適化に必要な評価値を送信するために、評価値項目及び評価値としての評価値情報を送受信部17へ出力する。ここで送信される(評価値項目:評価値)は、(X軸方向の力:FXC)、(Y軸方向の力:FYC)、(モーメント:NXC)(ステップS04で算出した制御に必要な力)、(スラスタ個数:n)、(スラスタ最小容量:Fmin)、(スラスタ最大容量:Fmax)(入力情報のスラスタ項目)である。送受信部17は、解析部16から出力されたA形式の評価値情報をB形式に変換する。そして、変換された評価値情報を通信回線4を介して、最適化システム1へ送信する。最適化システム1の送受信部12は、評価値情報を受信する。
【0051】(6)ステップS06送受信部12は、形式Bの評価値情報を形式Aに変換し、最適化計算部11へ出力する。最適化計算部11は、評価値情報の評価値項目及び評価値と、評価値データベース13の評価値項目20及び評価値21とを比較する。そして、両者が一致する場合の評価対象22及び内容23とから、洋上プラットフォーム(評価対象22より)の外力下の運動(内容23)と認識する。次に、最適化計算部11は、評価値(FXC、FYC、NXC、n、Fmin、Fmax)と評価値データベース13の制約条件24に基づいて、制御に必要な力(FXC、FYC、NXCの3成分)と各スラスタで発生する力とを吊り合わすための等式条件(スラスタの推力と制御に必要な力との釣り合い条件(下記の(7)(8)式)、回転軸の周りのスラスタによるモーメントと制御に必要なモーメントの釣り合い条件(下記の(9)式))、及び、各スラスタの不等式条件(制御に必要な力は、スラスタ最小容量以上(下記の(11)式)、スラスタ最大容量以下とする条件(下記の(10)式))とを力学的制限条件として生成する。そして、この力学的制限条件下で、評価値データベース13の評価関数25に基づいて、コスト評価関数(下記の(12)(13)式)を生成する。それらを用いて、既述のDFP法により、コスト評価関数を最小化するように各スラスタへの推力を配分する。そして、コスト評価関数を最小化により、各スラスタの最適配分推力、所要最小容量が計算される。すなわち、以下のような各式をまず生成する。等式条件は、【数3】

ただし、FiX、FiY:i番目のスラスタのx、y方向分力X、Y:i番目のスラスタの取り付け位置である。不等式条件は、【数4】

ただし、G1i及びG2iは、それぞれi=1〜nのn個の式である。コスト評価関数は、【数5】

である。そして、上記コスト評価関数を下記の総合評価関数(トータルコスト関数)へ変換する。この総合評価関数は、力学的制約条件(等式条件)とスラスタの制約条件(不等式条件)のペナルティ関数より構成される。
【数6】

ただし、ξ(s、H(x)):等式条件のペナルティ関数=sΣ{H(x)}Σの範囲はi=1〜nη(t、G(x)):不等式条件のペナルティ関数=tΣ1/G(x)
Σの範囲はj=1〜ns、t:パラメータただし、(13)は、スラスタのエネルギー消費量を表している。すなわち、コスト評価関数により、スラスタエネルギー消費量を最小化する最適解を求めることになる。ここで、(7)〜(9)式は、DFP法(上述)の等式:H(X)=0、i=1〜k(c)に対応している。また、(10)、(11)式は、不等式:G(X)≧0、j=1〜m(b)に対応している。そして、(12)(13)式は、コスト関数:F=f(X)、最小化、(a)に対応している。そして、上記(7)〜(13)式をDFP法で解くことにより、スラスタエネルギー消費量を最小化する各スラスタの最適配分推力(FiX、FiY、i=1〜n)、すなわち所要最小容量を示す演算結果としての演算結果情報が計算される。
【0052】(7)ステップS07最適計算部11は、演算結果情報のファイルを送受信部12へ出力する。送受信部12は、受信した形式Aの入力情報のファイルを、送受信容易な形式Bに変換する。そして、変換された入力情報のファイルを通信回線4を介して、然るべき解析システム2−i(評価値情報の送信元)へ送信する。然るべき解析システム2−iの送受信部17は、形式Bの入力情報のファイルを受信する。
(8)ステップS08送受信部17は、B形式の入力情報のファイルをA形式に変換し、解析部16へ出力する。解析部16は、演算結果情報の演算結果に基づいて、各スラスタでの要求推力及び首振り角を計算する。
(9)ステップS09解析部16は、各スラスタでの要求推力及び首振り角に基づいて、各スラスタにおける制御方法の種類(回転数一定/翼角制御、回転数制御/翼角一定)により目標回転数もしくは目標翼角を計算する。
(10)ステップS10〜S11解析部16は、各スラスタの推力が決定されると、ステップS02で計算された各流体力、ステップS03で計算された係留力、ステップS06で計算されたスラスタ要求推力とに基づいて、ステップS02で生成された洋上プラットフォームの運動方程式(1)〜(3)を解く。解いた結果、プラットフォームの運動量(又は速度)が計算される。そして、その運動量(又は速度)の値を積分することにより、航跡が得られる。以上により、以下の評価項目に関して、評価結果としての評価結果情報が出力される。
評価結果情報:1.スラスタ挙動:各スラスタのスラスタ方向、スラスト推力2.洋上プラットフォームの挙動運動航跡、速度3.評価式の値スラスタエネルギー消費量【0053】(11)ステップS12解析部16は、算出された各評価項目に対する評価結果情報を、入力情報と関連付け、IDを付して、評価結果データベース18に格納する。それと共に、解析システム2−i上の表示画面に、評価結果情報を表示する。グラフで表示しても良い。
【0054】(12)ステップS13〜S14解析部16は、予め設定された演算時間Tmaxが終了していない場合には、計算時間間隔Δtを時間Tに加えて、ステップS02に戻り演算を繰返す。
【0055】以上により、洋上プラットフォームの動作の解析及び最適化が終了する。
【0056】本発明では、解析システム2−iの解析プログラムは、評価対象に応じて複数の解析プログラム(洋上プラットフォーム用、ディーゼルエンジン用等)が用意される。その一方で、最適化システム1は、予め設定された最適化方法の最適化プログラムで対応し、評価対象に対して変らずに利用することができる。すなわち、評価対象が増え、解析プログラムの種類を増やす場合でも、最適化プログラムは追加で増やす必要がない。すなわち、解析/最適化プログラムにおける最適化プログラムの容量を抑えることが出来る。また、最適化プログラムが他のシステム上に存在すれば、計算中にアクセスして利用することが出来る。すなわち、解析システム2−i内に独自に持つ必要がない。従って、記憶装置での記憶領域の占有量を抑えることができ、コストも低減できる。
【0057】また、解析プログラムと最適化プログラムとが分離しているので、解析システム2−i及び最適化システム1の負担を軽減することが出来る。
【0058】本実施例では、評価値データベース13において、制限条件や評価関数の形を予め与えている。しかし、解析プログラムから評価値に含めて制限条件や評価関数を送信することも可能である。その場合には、最適化の条件の変更の融通が利きやすくなり、最適化の精度を向上することが出来る。
【0059】本実施例では、最適化プログラムとして、DFP法の場合を示しているが、他の最適化アルゴリズムを用いることも可能である。その場合、同一の解析プログラムでありながら、様々な最適化手法を試みることが出来る。すなわち、評価対象により適した最適化手法を用いることが出来るので、評価、解析の精度を向上させることが可能となる。
【0060】
【発明の効果】本発明により、評価対象が増え、解析プログラムの種類を増やす場合でも、最適化プログラムは追加で増やす必要がなく、解析/最適化プログラムにおける最適化プログラムの容量を抑えることが出来る。可能となる。
【0061】また、本発明により、状況に応じた、適切に洋上プラットフォームや船舶等の移動を制御することが可能となる。




 

 


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