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Plant design support system

阅读:303发布:2021-06-30

专利汇可以提供Plant design support system专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且PURPOSE: To attain the application of plant design support system to the functional layout design and the simulation of an optimum operation plan for a plant positioned in an upstream process of the plant designing by producing a model for optimization of the plant operation which is layed out from the plant design information that is layed out by a parts data base and a visual tool.
CONSTITUTION: A visual tool 2 which lays out a plant designs a plant based on a parts data base 1 of the plant. A design information extracting means 3 extracts the design information including the structure parts of the plant and the connection information on these parts out of the layout result of the plant. Then a means 4 produces a model for optimization of the plant operation based on the design information on the plant layout and by means of a plant designing knowledge data base 5. In the case of a heat supply plant, for example, a load balance model, a plant input/output action model, etc., are produced. The a means 5 optimizes the plant operation to minimize the energy cost, etc.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO,下面是Plant design support system专利的具体信息内容。

【特許請求の範囲】
  • 【請求項1】プラント設計に用いる部品データベースと、 前記部品データベースに格納されている部品を用いてプラントをレイアウトする視覚的なツールと、 前記レイアウトする視覚的なツールでレイアウトされたプラントの構成部品と前記構成部品の接続情報からなる設計情報を取り出す手段と、 前記設計情報から前記レイアウトされたプラントの運転の最適化のためのモデルを作成する手段と、 前記レイアウトされたプラントの運転の最適化のためのモデルを最適化する手段とを具備することを特徴とするプラント設計支援システム。
  • 【請求項2】前記部品データベースは、前記プラントをレイアウトする視覚的なツールのメニューあるいはコマンドを用いて利用することを特徴とする請求項1記載のプラント設計支援システム。
  • 【請求項3】前記部品データベースは、幾何的な形状を含み、機能的なモデルやプラントの設計に用いる属性と関連づけられているデータベースであることを特徴とする請求項1記載のプラント設計支援システム。
  • 【請求項4】前記プラントの運転の最適化のためのモデルを作成する手段は、プラント設計の知識をデータベース化して用いることを特徴とする請求項1記載のプラント設計支援システム。
  • 说明书全文

    【発明の詳細な説明】

    【0001】

    【産業上の利用分野】本発明は、プラント設計の上流過程に位置する、プラントの機能的なレイアウト設計及び、プラントの最適運転計画のシミュレーションに利用するプラント設計支援システムに関する。

    【0002】

    【従来の技術】プラント設計の上流過程に位置するプラントの機能的なレイアウト設計及びプラントの最適運転計画のシミュレーションは、人間が頭を用いて紙と鉛筆で行っていた。

    【0003】また、従来の計算機によるプラントの設計支援では、やや中流から下流過程の幾何的な形状の設計が中心である。 近年、機械設計のCADで総称される分野である。

    【0004】プラント設計の上流工程では、人間が頭を用いて紙と鉛筆で行っていたため、試行錯誤が度々行われるのが普通である。 例えば、レイアウト作成、プラントの機器の機能モデル、プラント全体の動作モデル、プラントの最適運転計画の各段階で、人間が介在し、データの再入が必要であった。

    【0005】計算機による設計支援の発達している分野(例えばLSI CADや信号処理制御系等)は、時系列の信号を制御する一次元の設計支援である。 これに対して、プラント設計支援は多変量入力多変量出力の系を対象とし、従来の制御回路の設計支援では扱えなかった。

    【0006】

    【発明が解決しようとする課題】従来の計算機によるプラントの設計支援では、やや中流から下流過程の幾何的な形状設計中心であるのに対して、上流過程のプラントの設計では、設計の各段階で、人間が介在しモデルの生成やパラメータなどの入力が必要であるという問題点があった。

    【0007】本発明は、プラントのレイアウト設計の段階でのCADデータの入力のみで可能にし、上流の機能的なモデルを含む計算機によるプラントの設計支援を目的とする。

    【0008】また、従来の計算機では時系列の信号を制御する、一次元の設計支援であるため、プラントの設計支援で必要となる多変量入力多変量出力の系を扱えなかったという問題点があった。 本発明は、従来の計算機によるプラントの設計支援では扱えなかった多変量入力多変量出力の系を扱えるようにすることを目的とする。

    【0009】

    【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するために、プラント設計に用いる部品データベースと、前記部品データベースに格納されている部品を用いてプラントをレイアウトする視覚的なツールと、前記レイアウトする視覚的なツールでレイアウトされたプラントの構成部品と前記構成部品の接続情報からなる設計情報を取り出す手段と、前記設計情報から前記レイアウトされたプラントの運転の最適化のためのモデルを作成する手段と、前記レイアウトされたプラントの運転の最適化のためのモデルを最適化する手段とを具備することを特徴とする。

    【0010】

    【作用】プラント設計に用いる部品データベースの個々の部品に、幾何的な形状を含み、機能的なモデルやプラントの設計に用いる属性を関連づけておき、設計ツールを用いこれらの部品を操作する際に、関連付けられている属性もあわせて操作することにより、設計されたプラントレイアウト結果からプラントの運転の最適化のモデルを生成するための情報を取り出すことが可能となる。
    その結果、従来のプラント上流設計の各段階で必要であった、プラントの運転の最適化のためのモデルの再入力が不要になる。

    【0011】このように、プラント設計の専門家が介在するのは、プラントのレイアウト作成の段階のみであり、それ以外の段階では一貫して処理が行われる。 その結果、人間が介在する段階が大幅に減少した結果、プラント設計のサイクルが短くなる。 プラント設計の上流行程では試行錯誤が度々行われるのが普通であり、この発明により、その試行錯誤が簡単に行われ、例えば設計パラメータの調整が容易になる。

    【0012】

    【実施例】以下、具体的熱供給プラントを取り上げ、計算機によるプラントの設計支援の内容を記述する。 時間的な変動による多変量の需要データを与件として、この需要データを下回らないように、需要量を供給するプラントを設計することを考える。

    【0013】図1は、プラント設計支援システムの構成を表した図である。 図1をもとにプラント設計支援システムの構成を説明する。 部品データベース1はプラント設計に用いる部品を格納するデータベースである。

    【0014】レイアウトする視覚的なツール2は、プラントの部品データベース1を用いてプラントの設計を行うためのツールである。 設計情報を取り出す手段3は、
    プラントのレイアウトの結果から、プラントの構成部品とそれらの接続情報からなる設計情報を取り出す。

    【0015】最適化のためのモデルを作成する手段4
    は、プラントレイアウトの設計情報からプラントの運転の最適化のためのモデルを作成する。 プラント設計の知識のデータベース5は、最適化のためのモデルを作成する手段4が利用する、プラント設計のための知識のデータベースである。

    【0016】モデルを最適化する手段6は、プラントの運転の最適化のために、最適化のためのモデルを作成する手段4が作成したプラントのモデルを最適化する。 図2は、「プラントシステムと需要供給関係図」を表す図である。

    【0017】需要11は、多変量としてインデックスi
    で、時間のパラメータとしてtで表して、需要全体をx
    のインデクス付き時間の関数で表している。 プラントシステム12は、需要を与件として、需要データを下回らないように供給するプラントシステムを表している。 プラントシステム12は、需要データを下回らないように制御するために、最適化を行う。

    【0018】供給13は、プラントシステム12からの供給であり、多変量としてインデックスiで、時間のパラメータとしてtで表して、供給全体をyのインデックス付き時間の関数で表している。

    【0019】熱供給プラントの場合は需要供給として、
    負荷、温水負荷、蒸気負荷、電力負荷等の多変量になる。 図3は、「需要と供給の時系列グラフ」である。
    各時間毎にデータ需要が与えられ、それを下回らないように供給するプラントシステム12の動作状態を模式的に、一変量についてグラフ化している。 図3では、16
    時から20時の間が最も需要が多いことを示している。

    【0020】図4は、「プラントシステムの入出力関係図」である。 資源14は入力となる資源であり、多変量としてインデックスjで、時間のパラメータとしてtで表して、資源全体をzのインデックス付き時間の関数で表している。

    【0021】熱供給プラントの場合は資源として、ガス、電力が代表であるが、それ以外に、燃料電池、重油、ガソリン、ジーゼル油等がある。 プラントシステム15は、資源14を入力として、需要データを下回らないように供給するプラントシステムを表している。

    【0022】供給16はプラントシステムからの出力としての供給であり、多変量であること等は13と同様である。 次に、プラントの部品データベース1について、
    図5をもとに具体的に述べる。

    【0023】図5は、「部品データベースの部品の定義例」である。 ここでは、タービンを定義した例で、入出力端子の数、媒体の種別や変換効率、定格などの機能や性能に関するデータ、配置した時に部品を表すための図形データなどが属性として関連付けられている。

    【0024】次に、プラントの部品データベース1を用いてプラントをレイアウトする視覚的なツール2について、図6をもとに述べる。 図6は、「レイアウトする視覚的なツールの画面構成」を表している。 その基本的な機能は「ファイル」関係のメニュー、「部品選択」して配置するメニュー、構成部品間の「接続」メニュー、配置部品あるいは接続の「削除」メニュー等がある。

    【0025】このメニュー構成は、これに関わらずプラントをレイアウトする視覚的なツールであればよく、このメニュー構成に限られるものではない。 プラントの部品データベース1は図5の部品定義例にあるように入出力の数と種類などが定義されている。 その入出力を相互に結ぶ操作により、部品間の接続が行われ、図6はその様子を模式的に表している。

    【0026】図7は、「プラント部品のレイアウトと接続の図」である。 プラントの部品データベース1から構成部品Aと構成部品Bを選択して配置する。 そして、構成部品Aの出力端子と構成部品Bの入力端子を接続し、
    部品の接続を行う。

    【0027】次にプラントのレイアウトの結果から、プラントの設計情報を取り出す手段3について述べる。 図6のレイアウトする視覚的なツールでは、入出力を相互に結ぶ操作により、部品間の接続が行われる。 これらのレイアウトされた構成部品は部品データベース1とは別に管理される。 すなわちレイアウトされたプラントの構成部品は部品データベースをもとにして、それらの属性が変更されたり、構成部品間の入出力端子接続された接続情報の属性が付加され、部品データベース1とは別に変更された状態でレイアウトされた結果として管理される。

    【0028】その結果、レイアウトされたプラントの構成部品の属性が変化していることになる。 従って、そのレイアウトされた構成部品の属性を調べることにより、
    プラントの構成部品やそれらの接続情報からなる設計情報が取り出せる。

    【0029】次に、プラントレイアウトの設計情報からプラントの運転の最適化のためのモデルを作成する手段4について述べる。 最適化もためのモデルを作成する手段4は、プラント設計の知識のデータベース5を用いる。

    【0030】熱供給プラントの例で言えば、プラント設計の知識のデータベース5は負荷バランス、プラントの入出力動作モデル等である。 プラント設計の知識データベース5のうち、プラントの負荷バランスとプラントの入出力動作モデルについて図8を用いて説明する。

    【0031】図8は、「プラントの構成部品の負荷バランスの図」である。 ある構成部品間を移動する媒体に関して、構成部品Aの出力Oaと構成部品B入力Ibと構成部品Cの入力Icの和の負荷がバランスしている時、
    関係式として Oa = Ib + Ic を導く。 構成部品間を移動する媒体は一種に留まらず、
    数種であるのが普通である。

    【0032】熱供給プラントの場合は、蒸気、電気、ガス、冷水、温水等である。 負荷バランス式は媒体ごとに組み立てる。 また、図9は「構成部品の入出力動作モデルの図」である。 横軸の入力の割合に対して、縦軸で出力の割合をグラフで表している。

    【0033】熱供給プラントの場合は、入力としてプラントの稼働率を採り、出力としてその変換効率を表すことが出来る。 プラント運転の最適化のためのモデル化は、最適化するパラメータを導入して行われる。

    【0034】熱供給プラントの場合は、エネルギーコスト最小化が良く用いられる。 その他には、設備コスト最小化等がある。 最適化すべきパラメータとプラントの運転稼働率を独立変数にし、構成部品間の接続関係と入出力動作モデルを記述する。

    【0035】最適化のためのモデル化は、独立変数でそれ以外の従属変数を表現することである。 その代表的な実行方法は、書換規則群を定義しその規則を繰り返し適用していく。 一種の消去法であり、線形な場合には代数的には単純な計算である。

    【0036】熱供給プラントの上流設計の場合は、線形あるいは区分線形で個々のプラントの動作モデルが記述できる。 また、線形の場合には数式処理にっよても容易に処理できるものである。

    【0037】次に、モデルを最適化する手段6について述べる。 線形の場合には線形計画法で容易に解かれることは広く知られている。 即ち、数値計算ライブラリをリンクすることにより、モデルを最適化する手段6は実現できる。 また、区分的に線形な場合、場合分けをしてその中で、最適なものを最適化解とする。

    【0038】多変量で非線形の場合には、一般的に最適化が困難である。 部分的に線形化する方法で解かれるのが普通である。 しかし、プラント設計の上流設計では、
    モデルの厳密化や詳細な答より、全体的な、一次近似のモデル化や最適化が求められている。 従って、解法が自明なものでも、その有効な範囲は広く、十分実用に耐えるものである。

    【0039】

    【発明の効果】本発明は、上流の機能的なモデルを含む計算機によるプラントの設計支援を可能とする。 また、
    プラントのレイアウト設計の段階では、試行錯誤といった複数の入力を必要とせず、一回のCADデータ入力ですむ。 さらに、本発明はプラントで設計支援で必要とされる従来の設計支援では扱えなかった多変量入力多変量出力の系を対象とすることができる。

    【図面の簡単な説明】

    【図1】本発明の一実施例を示すシステム構成図である。

    【図2】本発明のプラントシステムと需要供給関係を示す図である。

    【図3】本発明の需要と供給の関係を示す時系列グラフを示す図である。

    【図4】本発明のプラントシステムの入出力関係を示す図である。

    【図5】本発明の部品データベースの定義の一例を示す図である。

    【図6】本発明のレイアウトする視覚的なツールの一実施例を示す図である。

    【図7】(a)は本発明のプラントの構成部品のレイアウト示す図で、(b)は本発明のプラントの構成部品の接続関係を示す図である。

    【図8】本発明のプラントの構成部品の負荷バランスを示す図である。

    【図9】本発明のプラントの構成部品の入出力動作モデルを示す図である。

    【符号の説明】

    1 部品データベース 2 レイアウトする視覚的ツール 3 設計情報を取り出す手段 4 最適化のためのモデルを作成する手段 5 プラント設計の知識のデータベース 6 モデルを最適化する手段 11 需要 12、15 プラントシステム 13、16 供給 14 資源

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