3次元空間内の新規配管設計に適用される「3次元最短経路探索」の研究に取り組んでいます。

工場、プラント、大型外航船の船内など、配管や機器が既に存在する環境下において、新規に配管を通す設計および取付作業は困難を極めます。作業現場で数人が計測および確認作業を繰り返し行い、経路やバルブ位置を決定します。

アルモニコスでは、PC内の仮想空間で新規配管を設計する手法が確立できれば、全体工期の大幅な短縮に寄与できると考え、現場全体を非接触測定器で計測した3D点群を利用した手法を研究しています。

この研究結果は、「ClassNK-PEERLESS」に搭載されています。

既存設備に対する新規配管設計における課題

1. 入口（位置と方向）、出口（位置と方向）を固定した場合の最短経路はどこか
2. エルボなどの屈曲部品はなるべく使用せず、直管で通す
3. バルブ位置は手作業の空間を確保する
4. 流体（水、オイル）は上から下へ
5. 既存の配管サポートを使用する
6. ヒトや機器搬入出の動線を確保する

上記のように、多数の拘束条件・機能要件を満たす設計検討が必要となりますが、アルモニコスでは、まず課題 1 と 2 を満たした経路の自動探索に挑戦しています。「折れが少ない」「3次元空間内の最短経路」の探索＝「3次元最適経路探索」となります。

課題 1、2 を解決後、3～6の課題に順次取り組む予定です。

最短経路探索

アルモニコスで採用した「最短経路探索」は、

1. 最短経路探索ダイクストラ法を応用し、3次元問題に適用
2. Vertex（節点）をプログラム内で自由に配置
3. 折れが少ない経路を抽出

など、アルモニコス独自の工夫を施すことで実現しました。

ダイクストラ法とは

“ダイクストラ法はグラフ上の2頂点間の最短経路を求めるアルゴリズムで、1959年エドガー・ダイクストラによって考案された。 応用範囲は広くOSPFなどのインターネットルーティングプロトコルや、カーナビの経路探索や鉄道の経路案内においても利用されている。 なお最短経路長の推定値を事前に知っているときは、ダイクストラ法の改良版であるA*アルゴリズムを用いて、より効率的に最短経路を求めることができる。”

「ダイクストラ法」『フリー百科事典　ウィキペディア日本語版』
2019年5月19日 (日) 11:27 UTC、URL: https://ja.wikipedia.org

計算前

1. 入口（始点、方向）と出口（終点、方向）を設定する。
   *画像内ピンク色の部分
   
   　
2. 干渉物（点群の塊）を避けることを条件にする。

計算後

関連製品

大規模点群モデル化システム ClassNK-PEERLESS

上記製品へ実装しました。動画をご覧ください。

研究担当