LP-Switch-Layout

Linear-Programming-Layout von Schaltschränken unter Beachtung vielfältiger technologischer Zusatzbedingungen

Bereits Ende der 90er Jahre wurde in der GFaI das Problem des automatischen Schaltschrankentwurfs bearbeitet. Dabei wurde unter anderem die Pattern-Methode entwickelt. Ein Pattern stellt eine Vorlage für ein Kabelkanalgerüst dar. Es soll sich bei Wahrung der Struktur elastisch an eine vorgegebene Montageplatte und an den Flächenbedarf platzierter Betriebsmittel anpassen. Diese Layout-Aufgabe wurde zunächst als ein Problem der diskreten Mathematik aufgefasst. Der auf dieser Auffassung basierende Algorithmus ist sehr komplex und kann Nebenbedingungen nur in eingeschränktem Maße berücksichtigen. Im Vorgängerprojekt BELA wurde gezeigt, dass das Problem durch ein reguläres lineares Gleichungssystem beschrieben werden kann.

An dieses Ergebnis knüpfte das Projekt LP-Switch-Layout an. Während einige der linearen Gleichungen obligatorisch für den Erhalt der Pattern-Eigenschaften sind, gibt es auch optionale Gleichungen, die gewisse Optimalitätskriterien beschreiben, so zum Beispiel die gleichmäßige Verteilung von Flächenüberschüssen im bestückten Kabelkanalgerüst. Der Ansatz des Projektes bestand darin, die optionalen linearen Gleichungen durch Relaxation abzuschwächen. Das Ziel, die optionalen Forderungen möglichst gut zu erfüllen, führte zu einem Problem der linearen Optimierung. Die durch die Relaxation geschaffenen Freiheitsgrade sollten genutzt werden, zusätzliche Constraints zu erfüllen.

Zunächst wurde im grafischen Schaltschrank-Editor die Möglichkeit geschaffen, absolute Positions-Constraints sowie Bündigkeiten für die Schaltschrankobjekte zu postulieren. Ferner mussten Mechanismen entwickelt werden, elementare Positions-Constraints auf unterschiedliche hierarchische Schaltschrankobjekte zu liften. Für die Übergabe derartiger Constraints an LP-Solver musste ein spezielles Interface entwickelt werden. Im Gegensatz zur Ausgangssituation kann mit LP-Switch-Layout eine Vielzahl von Constraints berücksichtigt werden. Für jede lösbare Menge von Constraints erzielt das Verfahren auch tatsächlich eine Lösung – und zwar mit hoher Performance. Durch eine Reihe von Filterfunktionen wird der Nutzer auf widersprüchliche Constraints aufmerksam gemacht. Das bisher weitgehend isolierte Layout der Teile eines Schaltschrank-Ensembles wurde durch ein globales Layout ersetzt. Damit wurde das Problem der Passfähigkeit gelöst. Die gesteckten Ziele des Projektes wurden vollständig erreicht und teilweise übertroffen.