I-1マ
ル チ エ ー ジ ェ ン トとプ ロダ ク トモ デ ル を用 いた3次
元CAD環
境
A 3D-CAD Environment with a Multi-Agent System and a Product Model
矢 吹 信 喜1小 谷 隼2小 室 雅 人3ヒ ュ ン ジ ュ ー ・キ ム4
Nobuyoshi Yabuki
Jun Kotani
Masato Komuro
Hyunjoo Kim
【抄 録 】プ ロ ダ ク トモ デ ル を介 した3次 元CADシ ス テ ム に よ る部 材 設 計 と設 計 照 査 シス テ ム との 間 のデ ー タ 移 動 は,照 査 結 果 が 不 適 の場 合,満 足す る まで 繰 り返 され る た め,効 率 化 が望 ま れ る と こ ろで あ る.そ こで 本 研 究 で は,プ ロ ダ ク トモ デ ル に よ るデ ー タ相 互 運 用 機 能 を利 用 しな が ら,簡 易 照 査 を行 った り,部 材 の 外 部 拘 束 条 件 に対 す る判 断 を行 っ た りす る複 数 のエ ー ジ ェ ン トを背 後 で 動 作 させ る こ と に よ り,ユ ー ザ の 設 計 を 支 援 して くれ る よ うなMultiAgent-CADの 開 発 を行 っ た.さ らに鋼 構 造3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル を構 築 し,開 発 した シ ス テ ム を 設 計 例題 に適 用 して,そ の 有 効 性 を検 証 した.
•y Abstract•zAfter component design using a 3D-CAD system and a product model, if the result of the design checking system is violated, it is necessary to re-design until it is satisfied. Since this increases the number of data transferring, the improvement of efficiency is desired. Thus, in this research, we have developed MultiAgent-CAD to support the user's design by providing a multi-agent system including simplified code checking agents, external condition checking agents , etc., using the function of interoperability by the product model. Further, we have developed a 3D product model of steel structures and applied the MultiAgent-CAD to a sample design case to demonstrated its effectiveness.
【キ ー ワ ー ド】 マ ル チ エ ー ジ ェ ン ト,プ ロ ダ ク トモ デ ル,IAI,IFC,XML,3次 元CAD,設 計 照 査
•y Keywords•zmulti-agent, product model, TAT, IFC, XML, 3D-CAD, design checking
1.は じめ に 鋼 構 造 の よ うな 骨組 構 造 物 の設 計で は,ま ず 構造 形 式 を選 定 し,全 体 シス テム の大 まかな 寸法 等 を仮 定 し, 荷 重 を与 え て構 造解 析 を行 う.次 に,構 造解 析 によ っ て 得 られ た 断面 力を もと に,各 部材 の断 面 寸法 等 の詳 細 な設 計 を行 い,各 種 限 界 状態 に対 す る照査 を行 う. こ う した 一連 の設 計 作業 を効 率 化す るた め には,CAD システ ム,構 造 解析 シス テ ム,照 査 シス テ ム等 の各 種 シス テム を ひ とつ の ア プ リケー シ ョン と して 統 合化 す る方法 もあ るが,組 織 内 の既 存 資源 の放棄 や 他 組織 と の デー タ互 換 性 の 問題 等 が発 生 す る こ とが考 え られ る. そ こで,図-1に 示す よ うに,異 な った システ ム 間で デ ー タが相 互 運 用 で き るよ う標 準化 され た プ ロダ ク ト モ デル を開発 す る方 法 が 以 前 に提 案 され,プ ロダ ク ト モ デル ベ ー ス によ る各 種 システ ム の統 合化 に関す る研 究1)2)3)4)が 進 め ら れ て い る.ま た,解 析,設 計,積 算 な ど が 実 施 で き る,統 合 化 さ れ た 商 用 シ ス テ ム(例 え ば,Xsteel5),CIMstee16),SYMPHONY7)等)が 開 発 さ れ て い る. 図-1骨 組構 造 物 の 設 計 フ ロー 1正 会 員Ph.D.室 蘭 工 業 大 学 工 学 部 建 設 シ ス テ ム 工 学 科 助 教 授 〒050-8585室 蘭 市 水 元 町27-1 TEL: 0143-46-5219 FAX: 0143-46-5218 Email: [email protected] .jp
2学 生会員 室蘭工業大学大学 院工学研究科 建設 システム工学専攻
3正 会員 博(工)室 蘭工業大学工学部建設 システム工学科 助手
こう した シス テム は便 利 で あ るが,実 際 にプ ロダ ク トモデ ル を介 してデ ー タ の相 互運 用 が 開始 され る と, 設 計者 の立 場 か らは次 の よ うな使 用 上 の 問題 が発 生す る と考 え られ る.3次 元CADシ ス テム を使 用 しな が ら,鋼 部材 の詳 細 な断 面 寸法 を仮 定 す る際,断 面 寸法 が適 切 で あ るか どうか を判 断 す るた め に は設 計照 査 シ ス テム にお いて 照査 を行 った 上で さ らに,施 工性 や経 済性 に関す るチ ェ ッ クをす る必要 が あ る.そ の ため, 一旦 全 部材 の寸 法 を仮 定 した 後,プ ロダ ク トモデ ル デ ー タ に変換 し,さ らに照査 システム にデー タを変換 し て 照査(各 種 チ ェ ックを含 む)す る とい う手続 きが 必 要 とな る.照 査 の結果 がNG(No Good:不 適)と な れ ば,ユ ーザ は3次 元CADデ ー タ の修正 を行 って は, 照 査 シス テ ムで 照査 を行 う,と い うシス テ ム間 のデ ー タ移動 を繰 返 さな くて はな らず,時 間 と労 力が か か る. この よ うな 設 計 に関す る問題 は,設 計 熟練 者 の 持つ 膨 大 な知 識 を活 用 す る ことで解 決 す る こ とが で きる と考 え られ るが,現 存 す る シス テ ム にお いて は,そ の よ う な知 識 との つ なが りが弱 く,設 計 基準 に対す る判 断な どの限 られ た範 囲 に しか知 識 が活 用 され て い な い. そ こで,本 研 究 で は このよ うな 問題 を解 決す る た め に,プ ロ ダ ク トモデ ル を介 す るデ ー タ相 互 運用 機 能 を 利 用 しつつ,3次 元CADシ ステ ム を使 用 して部 材 の 設 計 を行 って いる と,背 後 で 自律 的 に簡 易 的 な照 査 を 行 った り,部 材 に対 す る 力学 的 な条 件 以外 の施 工 性や 経済 性 とい った外 部拘 束 条件(external constraints) に対 す る 判 断 を行 うと いっ た,ユ ー ザ の 断面 設 計 を多 面 的 に支援 す るよ うな知 的 なオ ブ ジ ェ ク ト,す なわ ち 「エー ジェ ン ト」 を 開発 す る こ と と した.こ の よ うな 知 的 なエ ー ジ ェ ン トに よっ て,鋼 部 材 の設計 にお いて 照 査 及び 外 部 拘束 条件 のチ ェ ックな ど,き め細 か く設 計者 をサ ポ ー トす る システ ム は現 存 しな い と考 え られ る. 2.エ ー ジ ェン トを 用 いた3次 元CADシ ス テ ム 2.1エ ー ジェ ン ト技 術 工ー ジ ェ ン トは,情 報 工学 分 野 にお いて1990年 代 初 期か ら研 究 され て いる が,必 ず しも明確 な 定義 が あ るわ けで は な い.し か し,近 年 は,人 間 が細 か く指 示 しな くて も 自律 的,自 発 的 に動 作 し,外 部環 境 に適 応 しな が ら反 応 し,シ ステ ム 全体 を知 る こ とな く局所 的 な情 報 のみ で 動作 す る等 の特徴 を備 え た知 的な オ ブ ジ ェ ク トとして 考 え られ て い る.ま た,エ ー ジ ェ ン トに 関連 す る技術 を エー ジェ ン ト技 術 と呼 んで い る8)9). エー ジ ェ ン トに は人 間 の代 理 として 振 る舞 うため に 重 要 な機 能 と して,あ る種 の知 性 を 与 える.知 性 の持 たせ 方 と して は,単 一 のエ ー ジ ェ ン トの 中に知 的機 能 を埋 め込 む ものか ら,複 数 のエ ー ジ ェ ン トの相 互作 用 に よ って,集 団的 振 る舞 いの レベ ル で知 的 振 る舞 い を 見 せ るもの まで ある.前 者 は 一般 に知 的工 ー ジ ェ ン ト と呼 ばれ,後 者 はマ ルチ エ ー ジ ェ ン トシ ステ ム と呼 ば れ る10). 設 計 の よ うな複 雑 か つ 高度 な作 業 を支援 す る場 合, 単 一 の エー ジェ ン トに複 数 の 機能 を持 たせ るよ りも, 機 能 毎 に複 数 の エー ジェ ン トが 協調 し,ユ ー ザ を支援 す る方 が,ソ フ トウ ェア の 開発,管 理,拡 張 の観 点 か ら有 利 で あ る と考 え られ る.そ の ため,本 研 究で は マ ル チ エー ジ ェ ン トシス テ ム を 開発 す る. 2.2マ ル チ エ ー ジ ェ ン トとCADシ ス テ ム 本研 究 で は,マ ル チ エ ー ジ ェ ン トは,オ ブ ジェ ク ト 指 向言 語 で あるJavaに よ り開発 した.Javaを 用 いる こ とによ り,エ ー ジ ェ ン トを オ ブジ ェ ク トと して取 り 扱 う ことが で き,こ れ によ り,エ ー ジ ェ ン ト同士 を相 互 作 用 させ る マル チ エー ジェ ン トシス テム を 開発す る ことが容 易 とな る.ま た,Java言 語 は特定 のプ ラ ッ ト フ ォー ム に依 存 しな い ため,開 発 した マル チ エー ジ ェ ン トは 各種 の コ ンピ ュー タで 動作 す る こ とが で きる. 但 し,実 際 に特 定 の3次 元CADシ ステ ム にお いて利 用す る に は,3次 元CADシ ス テム とマルチ エ ー ジェ ン トを連動 させ る,シ ステ ム イ ンタ フ ェース が必 要 と な る. 逆 にい え ば,開 発 した マル チ エー ジ ェ ン トは,使 用 す る3次 元CADシ ステ ム との システ ムイ ンタ フェー ス さ え開発 す れ ば,任 意 のCADシ ステム で利 用 が可 能 な 一般 性 を有 して い る.尚,エ ー ジ ェ ン トか らユ ー ザ へ の メ ッセ ー ジ は,Java APPletを 使用 して開発 し たポ ップ ア ッ プウ ィ ン ドウ によ って伝 達 され る. 2.3シ ステ ム モ デ ル の概 要 本 研究 で 開 発 した システ ム モ デル を図-2に 示 す. 本研 究 で は,は じめ に構造 解 析 システ ム にお ける結果 デ ー タを,プ ロ ダ ク トモ デル を介 して3次 元CADシ ス テ ムへ移 動 させ る.こ の とき3次 元 プ ロダ ク トモ デ ル に は,各 部 材 の荷 重 デ ー タ及 び 基準 とな る位 置デ ー タが書 き込 まれ て い るが,詳 細 な 断 面寸 法 デー タ は ま だ 記述 されて い な い.そ こで,3次 元CADシ ス テム にお いて,ユ ーザ は各 部材 の 断面 設 計 を行 う.そ の際, ユ ーザ は本研 究 で 開発 したMultiAgent-CADに よ り, 断面 設 計 の支 援 を受 け る こ とが で き る.
図-2開 発 した シ ステ ム モ デル MultiAgent-CADは,3次 元CADシ ス テ ム と マ ル チ エ ー ジ ェ ン ト部 を 連 動 させ る シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス と,シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス と ユ ー ザ を つ な ぐユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス で 構 成 さ れ て お り,マ ル チ エ ー ジ ェ ン ト部 に は,簡 易 照 査 エ ー ジ ェ ン ト,設 計 状 況 判 断 工 ー ジ ェ ン ト,デ ー タ ベ ー ス エ ー ジ ェ ン トの3つ が あ る. こ れ らが3次 元CADシ ス テ ム の シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス を 通 して ユ ー ザ の 設 計 作 業 を 支 援 す る. マ ル チ エ ー ジ ェ ン トに よ る 支 援 を 受 け,設 計 を 行 っ た 各 部 材 の 断 面 デ ー タ は,シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス に 組 み 込 まれ た コ ン バ ー タCに よ り 自 動 的 に3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル へ 書 き 込 ま れ る. 3.鋼 構 造3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル 3.13次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル 本 研 究 で は,鋼 構 造3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル を 構 築 す る に あ た り,ISO10303のSTEP(STandard for the Exchange of Product model data)11)と,IAI
(Internationa1 Alliance for Interoperabihty)12)の IFC(Industry Foundation Classes)のRelease2x
(IFC2x)13)を 参 考 と し た.鋼 構 造3次 元 プ ロ ダ ク ト モ デ ル を 開 発 す る こ と に よ り,2次 元CADデ ー タ で は 取 り扱 う こ と の で き な か っ た,柱 や 梁 と い っ た 構 造 部 材 そ の も の を,3次 元 オ ブ ジ ェ ク トと し て 取 り扱 う こ とが で き る.さ ら に,形 状 デ ー タ だ け で な く,部 材 の 持 つ 特 性 や 性 質 も属 性 と して 取 り扱 う こ と が 可 能 と な る. 3.2プ ロダ ク トモデ ル の ス キ ーマ 鋼 部 材や そ の他 の部 材 をデ ー タ と して 表現 す るた め には,ま ず,そ の部 材 が 持 つ特 性 ・性 質 を見 極 め て, そ れ を属性 と して定 義 し,ク ラス を設 計 す る必 要が あ る.こ の ク ラス によ って 部材 の持 つデ ー タ数 や デー タ 型 が 決 定 す る.ま た,こ の よ う に し て 作 られ た ク ラ ス は,オ ブ ジ ェ ク ト指 向 の 原 理 に よ り,Rootク ラ ス の サ プ ク ラ ス と して 定 義 さ れ る た め,ス ー パ ー ク ラ ス が 持 つ 属 性 を,す べ て 継 承 す る 特 徴 が あ る. 本 研 究 で は,鋼 部 材 を表 現 す る た め に 必 要 な3つ の 基 本 と な る ク ラ ス(Object,Property Defiinition, Relationship),そ の サ ブ ク ラ ス,さ ら にLoad(荷 重) ク ラ ス を 設 計 した.図-3は,3つ の 基 本 と な る ク ラ ス と そ の サ ブ ク ラ ス の 相 互 関 係 を,IFCに な ら い Express-Gを 用 い て 表 現 し た も の で あ る. (1)Objectク ラ ス Objectク ラ ス とそ の サ ブ ク ラ ス で は,物 理 的 に 存 在 す る 「も の 」 を 定 義 す る.例 え ば 柱,梁 等 が 一 般 的 で あ る が,空 間,プ ロ セ ス 等 も これ に 含 ま れ る.Object の 下 層 に位 置 す るProductク ラス は,図-3に 示 す よ う に,Objectの サ ブ ク ラス で あ る の で,Objectで 持 つ 属 性 を 全 て 継 承 す る.よ っ てColumnク ラ ス が 持 つ 全 属 性 は,Express言 語 を 用 い て 表 現 す る と図-4の よ う に 表 さ れ る. Column(柱)を 一 つ の オ ブ ジ ェ ク トと して 考 え た 場 合,重 要 と な る の が そ の 形 状 の 表 現 で あ る.形 状 の 表 現 は,Productか ら継 承 さ れ る 属 性 名Representation の 型Product Representationク ラ ス に よ っ て 定 義 され る. (2)Property Definitionク ラ ス
Property Definitionと そ の サ ブ ク ラ ス で は,Object 及 び そ の サ ブ ク ラ ス で 継 承 さ れ な い,そ の 他 の 付 加 的 な 情 報 を 格 納 す る.例 え ば 柱 を 考 え た 場 合,弾 性 係 数 Eや 降 伏 応 力Fy等 の 力 学 的 パ ラ メ ー タ が そ れ に相 当す
る.E,Fyと い っ た 個 々 の デ ー タ は
Property Single Valueク ラ ス で そ れ ぞ れ 定 義 さ れ, Property Setク ラ ス に よ っ て,一 つ の ま と ま っ た デ ー タ ベ ー ス と して の 機 能 を 持 つ.こ の よ う に,オ ブ ジ ェ ク ト とそ の プ ロ パ テ ィ を 分 離 して 定 義 し実 装 さ せ る こ と で,複 数 の オ ブ ジ ェ ク トが 同 一 の プ ロパ テ ィ を 共 有 す る 事 が 可 能 に な り,イ ン ス タ ン ス フ ァイ ル の 肥 大 化 を 抑 制 す る 事 が 可 能 と な る. (3)Relationshipク ラ ス Relationshipと そ の サ ブ ク ラ ス は,Object間 の 関 係 や,ObjectとProperty Definitionと の 関 係 を 定 義 す る. 例 え ば,サ ブ ク ラ ス のRel Connects Elementsで は,柱
と 梁 の 接 合 関 係 を 表 現 し,Rel Defines By Propertiesで は,柱 と そ の 柱 が 所 有 す る プ ロ パ テ ィ の 関 連 付 け を 行 っ て い る.
図-3ク ラ ス 図(Express-G) 図-4ク ラ スColumnの 定 義(Express) 3.3プ ロ ダ ク トモ デ ル の 実 装 本 研 究 で 開 発 し た プ ロ ダ ク トモ デ ル の ク ラ ス の 定 義 は,Expressで な さ れ て い る の で,イ ンス タ ン ス(ク ラ ス 定 義 に 従 い,ク ラ ス に実 デ ー タ を 与 え た も の)は Expressの 物 理 フ ァイ ル で あ るPart21フ ァイ ル 形 式 と な る.し か し,XMLの 普 及 に伴 い,IFCに お い て も XMLを 用 い た 実 装 を 目指 し,様 々 な 試 行 が 行 わ れ て い る.プ ロ ダ ク トモ デ ル の 実 装 に 関 し て は,固 定 的 な デ ー タ 構 造 を 定 義 す る デ ー タ 指 向 ス キ ー マ が 適 して お り, 中 で もBLIS-XML14)やifcXMf、15)等 が 現 在 注 目 さ れ て い る.ま た,両 者 と も にExpressへ の ス キ ー マ 変 換 が 可 能 で あ り,イ ン ス タ ン ス フ ァイ ル はPart21フ ァイ ル へ の 変 換 も 可 能 で あ り,等 価 で あ る.特 に BLIS-XMLは 属 性 指 向 型 の 構 造 形 式 で か つ,階 層 指 向 型 のifoXMLに 比 べ て 可 視 性,プ ロ グ ラ ミ ン グ の 容 易 性 等 の 観 点 か ら有 利 で あ る と考 え られ る.以 上 の 点 を 考 慮 し,本 研 究 で は,BLIS-XML、 を 用 い て プ ロ ダ ク ト モ デ ル を 実 装 し た.図-5はBLIS-XMLに よ る ク ラ ス
図-5Columnを 定 義 す る ス キ ー マ(抜 粋) Columnの 定 義(ス キ ー マ と い う),図-6は ク ラ ス Columnの イ ン ス タ ン ス フ ァイ ル の 一 部 を 表 して い る. こ の イ ン ス タ ン ス フ ァ イ ル はColumnイ ンス タ ン ス の み で は な く,Columnが 直 接 的 ・間 接 的 に 持 つ 全 て の ク ラ ス の イ ン ス タ ン ス の 集 合 体 と し て 表 現 され て い る. 3.4他 シ ス テ ム と の デ ー タ 相 互 運 用 プ ロ ダ ク トモ デ ル と他 シ ス テ ム と の デ ー タ相 互 運 用 を 図 る 目 的 で,以 下 に 記 す デ ー タ 変 換 を 行 う コ ン バ ー タ を 開 発 し た. (1)コ ン バ ー タA コ ン バ ー タAは 構 造 解 析 シ ス テ ム で 得 られ た 断 面 力 (曲 げ モ ー メ ン ト,せ ん 断 力 等)や,各 部 材 の 位 置 に 関 す る デ ー タ か ら,プ ロ ダ ク トモ デ ル を 生 成 す る. (2)コ ンバ ー タB コ ン バ ー タBは3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル か ら鋼 部 材 の 形 状 デ ー タ を読 み 取 り,3次 元CADシ ス テ ム 上 に 自 動 的 に モ デ リ ン グ す る.こ の と き,モ デ リ ン グ さ れ る鋼 構 造 物 は 骨 組 構 造 と し て 表 示 さ れ る. 3次 元CAD図 面 上 に は 表 示 さ れ な い が,各 部 材 の 荷 重 デ ー タ は 部 材 の 属 性 値 と し て,開 発 し た Multi Agent-CADに 読 み 込 ま れ る. (3)コ ンバ ー タC コ ン バ ー タCは 開 発 したMulti Agent-CADに お い て, 断 面 設 計 を行 っ た 鋼 部 材 の 形 状 デ ー タ を 取 得 し,3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル を 生 成 す る も の で あ る.本 研 究 で
は,3次 元CADシ ス テ ム と してAuto CAD2000iを 使 用 し た.AutoCADが 提 供 す る 中 間 フ ァ イ ル 形 式 と し て,DXFやDesignXMLが あ る が,相 当 な 量 の デ ー タ がAutoCADか ら出 力 さ れ る.そ こで,本 研 究 で は 簡 易 的 に,断 面 設 計 を行 う 際 の シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス に 適 切 な デ ー タ を 渡 す 方 法 に よ り,コ ン バ ー タCを 開 発 し た. 図-6Columnの イ ン ス タ ン ス フ ァ イ ル(抜 粋) 4.鋼 部 材 断面 設 計 支援 マル チ エ ー ジェ ン ト 本 研 究 で 開発 した3つ のエ ー ジ ェ ン ト,す なわ ち, 簡 易照 査 エー ジェ ン ト,設 計 状 況判 断 エ ー ジェ ン ト, デ ー タベ ー スエ ー ジ ェ ン トによ っ て構 成 され て い る. 4.1簡 易 照査 エ ー ジ ェ ン ト 簡 易 照査 エ ー ジ ェ ン トは,ユ ーザ が 断 面設 計時 に選 択 した断 面寸 法 が,荷 重 に対 して適 当な 大 き さで ある か どうか をバ ッ クグ ラ ウ ン ドで 簡 易 的 に照査 し,監 視 す る機 能 を持 つ.照 査 に使 用 す る 設 計基 準 として は, AISC-LRFD16)及 びAISC-ASD17)を 使 用 した.ユ ー ザ は いず れ か を選 択 す る こ とが で き る. 簡 易 照査 で 必 要 とな る断面 デ ー タ,荷 重デ ー タ等 は そ れぞ れ,AISCが 作 成 したデ ー タ ベー ス及 び構 造解 析 システ ムで 生 成 した プ ロダ ク トモ デル か ら取得 す る. 4.2設 計 状 況判 断 エ ー ジ ェ ン ト 設 計状 況判 断 エ ー ジ ェ ン トは,梁 や 柱 部材 の 寸法 を ユ ーザ が 設定 す る際,単 に力学 的 な照 査 の みな らず, 例 え ば,隣 り合 う梁 の梁 高 がそ ろっ て いる か,あ るい は柱 の心 が 上下 で 通 って い るか とい った,設 計 上 の拘 束 条件 をバ ック グ ラウ ン ドで常 に監視 す る機 能 を有 す る.プ ロダ ク トモ デル か ら部 材 の位 置 関 係 に関す るデ ー タ ,す なわち各部材が どの部材 と隣接 しているのか とい うデ ー タ と,各 部 材 の基 準 とな る座 標位 置 のデ ー
タ を 読 み 取 り,基 準 と な る 座 標 デ ー タ か ら断 面 寸 法 を 考 慮 し た 部 材 端 部 の 座 標 を 計 算 し,他 の 部 材 と比 較 す る こ と に よ り判 断 を 行 う. 4.3デ ー タ ベ ー ス エー ジ ェ ン ト 形 鋼 は 一 般 に そ の 寸 法 等 が 表 形 式 に な っ て お り,デ ー タ ベ ー ス 化 され て い る こ と が 多 い.AISCで は,使 用 す る 形 鋼 の 寸 法 デ ー タ を 表 形 式 で 定 義 し て お り, XMLフ ァイ ル やSTEPフ ァイ ル と い っ た 様 々 な フ ァ イ ル 形 式 に よ っ て デ ー タ ベ ー ス 化 され,CD-ROMと して 提 供 し て い る18).本 研 究 で は,図-7に 示 す よ う に,AISCのXMLフ ァ イ ル 形 式 の デ ー タ ベ ー ス を 用 い た. デ ー タ ベ ー ス エ ー ジ ェ ン トは,簡 易 照 査 エ ー ジ ェ ン ト と相 互 作 用 し,AISCの 形 鋼 デ ー タ ベ ー ス か ら簡 易 照 査 等 に 必 要 な 断 面 デ ー タ を 取 得 す る 機 能 を有 す る. す な わ ち 簡 易 照 査 エ ー ジ ェ ン トの 要 求 す る デ ー タ を AISCデ ー タ ベ ー ス か ら検 索 し,値 を 取 得 し て 簡 易 照 査 エ ー ジ ェ ン トに 値 を 返 す. 本 研 究 で 用 い るAISCの デ ー タ ベ ー ス はXMLフ ァ イ ル 形 式 で あ り,デ ー タ を検 索 す る に はXML for Java Parser19)に よ りデ ー タ ベ ー ス を 構 文 解 析 し て,必 要 な 値 を 取 得 す る. 5.3次 元CADと 工 下 ジ ェ ン トの イ ン タ フ ェ ー ス Multi Agent-CADに お い て,3次 元CADシ ス テ ム と マ ル チ エ ー ジ ェ ン ト部 を 連 動 さ せ る た め,シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス をVBA(Visual Basic for Application)
に よ っ て 開 発 し た.さ ら に,シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス とユ ー ザ と の 間 にユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス をVBAを 使 用 して 開 発 し た. Multi Agent-CADに お い て,シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス は 鋼 部 材 の モ デ リ ン グ 及 び3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル の イ ン ス タ ンス の 作 成 を 行 う こ とが で き る.モ デ リ ン グ作 業 を行 う際 は,フ ラ ン ジ 厚 等 の デ ー タ を 手 入 力 す る 必 要 は 無 く,鋼 部 材 の 断 面 寸 法 と基 準 とな る よ う な 座 標 の 位 置 さ え わ か れ ば,容 易 に モ デ リ ン グ を行 う こ と が 可 能 と な っ て い る.こ れ に よ り,デ ー タ の 入 力 ミ ス や 再 入 力 を 軽 減 し,効 率 化 を 図 る こ と が で き る と考 え ら れ る. 次 に3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル の イ ン ス タ ン ス の 作 成 に つ い て 説 明 す る.シ ス テ ム イ ン タ フ ェ ー ス と3次 元 CADシ ス テ ム に よ り,ユ ー ザ が 断 面 設 計 を し て い く と, プ ロ ダ ク トモ デ ル の イ ン ス タ ンス はMulti Agent-CAD 内 に メ モ リ と して 蓄 積 さ れ る.尚,簡 易 照 査 エ ー ジ ェ 図-7AlSCの 形 鋼 の デ ー タ ベ ー ス(XML) ン トの指摘 等 によ り,ユ ーザ が 断 面 を変 更 した場 合, メモ リ内 のデ ー タ も変 更 され る.あ る量 の部 材 が設 計 され る と,ユ ー ザ は プ ロダ ク トモ デル のイ ンス タ ンス のデー タ を,コ ンバー タCに よ りプ ロダ ク トモデル へ 移 管す る.こ れ に よ り,ユ ーザ は 自動的 にBLIS-XML 形 式 で記 述 され た3次 元 プ ロダ ク トモデ ル デー タ を構 築 す る こ とが で き る ので あ る. 6.シ ステ ム モ デル の適 用例 本研 究 の シ ステ ム モデ ル の適 用 例 を示 す.本 研 究 に お ける適 用 例 で は,対 象 を フ レー ム 構造 の鋼 部 材(梁 一柱)と し,設 計基 準 はAISC-LRFDに 従 って,プ ロ ダ ク トモデ ル の運用 の検 証 を行 っ た.3次 元CADシ ス テム で は,入 力 フ ォー ム に図-8に 示す よ うな構造 解 析 シス テム で得 られ た鋼 部 材 の 断面 力(曲 げモー メ ン ト,せ ん断 力等)の デー タ をプ ロダ ク トモ デ ル化 し た もの を,コ ンバ ー タBに よ り3次 元CADシ ステ ム へ移 動 させ る.次 に 図-9に 示 す ユー ザ イ ンタフ ェー ス にお いて 各鋼 部材 の断 面設 計 を行 う.断 面 寸 法 の選 択 の 際 簡 易 照査 エ ー ジ ェ ン トは3次 元CADシ ステ ム のバ ックグ ラ ウ ン ドで,解 析 結 果 デー タ と断 面寸 法 デ ー タか ら照査 結 果 を予 測す る.ユ ーザ が 条件 に対 し て 危 険な 断 面 を選 択す る と,図-10に 示す よ うに簡 易照査 エ ー ジ ェ ン トは 「この 断面 は荷 重 条件 に対 して,
不 足 して い ます.」とユ ーザ に注 意 を促 す.こ の よ うに, ユ ー ザ は断 面 寸法 の 選択 を行 うの と同時 に,設 計 した 断面 寸法 に問 題が な い か を判 断す る こ とが 出来 るよ う にな っ たた め,何 度 も意 識 的 に照 査 シ ステ ム との 間 で デ ー タ の移 動 を繰 り返す 必 要が な く,効 率 的 な プ ロダ ク トモ デ ル の 生成 が 可能 とな った. さ らに,違 う部材 につ いて 断面 設 計 を行 な う際 には, 設 計 状況 判 断 エー ジェ ン トが,既 に設 計が 終 了 した部 材 との位 置 関 係 を判 断 し,設 計 した 部材 の位 置 に問題 が な いか を コメ ン トとと してユ ー ザ に伝 える.図-11 は接合 す る柱(Column01)と 梁(Beam01)の 心 が合 って い な い時 の コ メ ン トを示す.ま た,簡 易照 査 エ ー ジ ェ ン トも設 計状 況 判 断エ ー ジ ェ ン トも,部 材 の 設 計 に関 して 問題 が 生 じた ときの みユ ーザ に コメ ン トを伝 え るた め,部 材 の設 計 が適 切 で あ った 場合 は,い ち い ち部 材 の設 計 作業 を 中断 しな くと もよ い.ま た,ユ ー ザ イ ンタ フェー ス に ある 「3DModel」 ボ タ ン をク リッ クす る こ とに よ り,対 象 とな る鋼 部 材 を3次 元CAD システ ム上 に表現 す る こ とが で き る.こ れ によ り,ユ ーザ は 目視 によ って ,断 面設計 した鋼部材 を確認する 注)kip=kilopound=453.6kg in.=inch=2.54cm 図-8断 面 力 の解 析 結果 デ ー タ 図-10簡 易照 査 エー ジ ェン トによ る コ メ ン ト ことが 可能 で あ る. この よ うに して,ユ ー ザ は エー ジ ェ ン トの コ メン ト や 鋼 部 材 の モ デ リ ン グ 結 果 等 を 考 慮 し た 上 で, Multi Agent-CADの ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス に あ る 「Product Model」 ボ タ ンを ク リックす る こ とによ り, 3次 元 プ ロダ ク トモ デル のデ ー タ を生成 す る ことがで き る. また,こ の適 用 事 例 問題 を二 人の 土木 系 大学 生 に与 え,エ ー ジ ェ ン トを有効 に した場 合 と,そ うでな い場 合 とで,ど の程 度 時 間 的な 差 が 生ず るか,テ ス トを試 みた.そ の結果,エ ー ジ ェ ン トが有 効 で な い場合,断 面選 択 か ら照査 シ ステ ム に よる 照査 実行 まで の作 業 を 5回 繰 り返 さな い と,最 適 な 断 面 を選 択す る ことがで きず,時 間 も約6分 か か った.し か し,エ ー ジ ェ ン ト を有 効 に した 場合 は,1回 の断 面設 計 で最 適 な断 面 を 選択 す る ことが で き,時 間 は約3分 半 で あ った.エ ー ジ ェ ン トを有効 にす る こ とで,作 業 時 間 が約 半分 とな り,本 システ ム に よ って大 幅 に作業 が 効 率化 され る こ とが示 され た と考 え られ る. 図-9ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス 図-11設 計 状 況 判 断 エ ー ジ ェ ン トに よ る コ メ ン ト
7.考 察 設 計基 準 に基 づ いて 照査 を行 うエ ー ジ ェ ン ト,基 準 以外 の経 験 的 な 知識 や 図形 的 な設 計 状 況 に基 づ いて 判 断 を行 うエー ジェ ン ト,及 び デー タベ ー ス との連 携 を 行 うバ ックエ ン ドのエ ー ジ ェ ン トと いっ たよ うに,エ ー ジ ェ ン トを機 能毎 に分離 す る ことは ,シ ステム開発 上極 め て有 効 な 方法 で あ る.本 研 究 で は,3個 のエ ー ジ ェ ン トを 開発 したが,今 後,多 くの 異 な る機 能 を有 す るエ ー ジ ェ ン ト群 を開発 して い けば,エ ー ジ ェ ン ト 同士 の 協調 的 な 集 団的行 為 によ り,よ り大 きな効 果 を もた らす こ とが 予想 され る. しか し,一 方,エ ー ジ ェ ン ト同士 で 反対 の コメ ン ト や意 見 を ユー ザ に提 示 す る とい っ た矛 盾 が問 題化 して くるケ ー ス も考 え られ る.典 型 的 な例 と して は,各 部 材 を重 量 とい う観点 か らの み最適 化 しよ うとす るエ ー ジ ェ ン トと施 工 性や 美 観 とい った定 性 的 な知 識 に基 づ い て部 材選 定 にア ドバ イ スす るエー ジェ ン トの対 立 が 挙 げ られ る.数 多 くのエ ー ジ ェ ン トが,そ れ ぞ れ異 な る ア ドバ イ スや 注意 をユ ーザ に提 示 して くる と,ユ ー ザ は返 って混 乱 して しま う こと も考 え られ る.従 って, そ の時 の 状況 に応 じて どの エー ジ ェ ン トに,よ り優 先 的 な仕 事 を させ るか,あ るい は矛盾 が 表面 化 した 時 に, どの よ う に して 矛盾 を解 消す るか とい った,企 画戦 略 的 なエ ー ジ ェ ン トも用 意 す る必 要 が あ る と考 え られ る. また,以 前 に我 々が 開発 した,エ ー ジェ ン トに よ る 構 造工 学 教育 システ ム8)の よ うに,各 ユ ーザ の システ ム 使用 状 況や 使 用 履歴 と いった 情報 をエ ー ジ ェ ン トの 中 に埋 め 込 ん で,各 ユ ー ザ毎 に適 切 な ア ドバ イ ス を提 供 す る よ うな 機 能 も重 要 だ と考 え られ る. 8.ま とめ 本研 究 で は,骨 組構造 物 の各 部 材 の設 計 にお い て, プ ロダ ク トモ デル を介 した3次 元CADシ ス テム と, 設 計照 査 シス テム との 間の デー タ相互 運 用機 能 を利 用 しな が ら,シ ステ ム の背 後 で 自律 的 に設 計 の照 査 を行 った り,拘 束 条件 の チ ェ ック を行 い,ユ ーザ を支援 す るマル チ エ ー ジ ェ ン トを開 発 した.マ ル チ エー ジェ ン トと3次 元CADシ ス テム を連 動 させ るため,シ ス テ ム イ ンタ フェ ー ス とユー ザ イ ン タ フェー ス を 開発 した. プ ロダ ク トモデル は,IFCを 参 考 と しBLIS-XMLを 用 いて 実装 した.本 シス テム を,設 計例 題 に適 用 して み た と ころ,そ の有効 性 が確 認 され た. 今後 は,プ ロダ ク トモデ ル のス キー マ 言語 を,格 納 され るデ ー タ型 が厳 密 に定 義 で きるifoXMLへ 移行 し たい.ま た 設 計照査 シス テム を 開発 し,SOAP(Simple
Object Access Protocol)20)に よ る 実 装 を 行 っ て,統 合 化 を 図 っ て い き た い と考 え て い る. 参 考 文 献 1) 矢 吹 信 喜, 志 谷 倫 章, 小 谷 隼: 鋼 部 材3次 元 プ ロ ダ ク トモ デ ル に 関 す る研 究, 土 木 学 会 北 海 道 支 部 論 文 報 告 集, Vol.58, pp.76-79, 2002. 2) 矢 吹 信 喜, 志 谷 倫 章, 宮 島 良 将, 岸 徳 光: 統 合 化 さ れ た 鋼 構 造 接 合 部 設 計 シ ス テ ム に 関 す る 研 究, 土 木 情 報 シ ス テ ム 論 文 集, Vol.10, pp.175-184, 2001. 3) 三 上 市 藏, 田 中 成 典, 窪 田 諭, 石 井 由 美 子: イ ン タ ー ネ ッ ト技 術 を 用 い た 橋 梁 の 製 品 モ デ ル デ ー タ ベ ー ス の 構 築, 構 造 工 学 論 文 集, Vol. 45A, pp.511-522, 1999.
