JP2005174205A

JP2005174205A - 設計支援装置及び設計支援プログラム

Info

Publication number: JP2005174205A
Application number: JP2003416573A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Kamiyama; 茂晴上山; Tsutomu Kitabeppu; 努北別府
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】設計パラメータを順次変更して自動設計を行う際に、入力データが自動設計の範囲を外れるときでも設計支援を適切に行うようにすることである。
【解決手段】設計支援装置は、設計支援プログラムを起動させ、設計に必要な入力データを取得する（Ｓ１０）。そして設計項目に関する設計パラメータを少なくとも１つ変更し（Ｓ１２）、それに従って予め定められた設計手順で自動作図配置を行う（Ｓ１４）。そして設計上のチェック項目についてデータ上で自動測定を行い（Ｓ１６）、その結果をチェックレポートとして出力する（Ｓ１８）。出力されたレポート等をユーザが見て、ＯＫか否か判断する（Ｓ２０）。ユーザはさらに新しい入力条件等を与えることができ、これを取得（Ｓ２２）してさらに設計支援を発展させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、設計支援装置及び設計支援プログラムに係り、特に、設計入力データと設計目標条件とに基づき、初期状態から設計パラメータを順次変更して自動設計により最適設計を行う設計支援装置及び設計支援プログラムに関する。

３次元ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）の設計支援を行うものの１つに、いわゆるパラメトリック設計がある。パラメトリック設計の例としては、設計の手順を予め記憶しておき、初期値が与えられるとそこからスタートし、設計パラメータを順次変更し、設計目標に近づけるように自動設計を進めるものがある。このように、設計支援装置が予め設計手順を記憶しているものを用いれば、入力データがその設計手順の想定している範囲にある限り、最適の答えを自動で見つけてくれてその結果を出力するので、設計が自動化でき、設計に要する時間も大幅に短縮できる。これと同等または類似するものにエキスパートシステムがある。例えば特許文献１には、設計計画にエキスパートシステムを用い、設計要求条件、設計変数等に初期値を設定し、専門家の知識を反映した設計評価手段を設け、設計変数の定量的評価を行い、これが不満足のときは設計変数の値を少し変更し再び設計評価を行うことが開示されている。

特開平７−１０５２５０号公報

しかし、このような設計支援装置を用いるとしても、入力データがその設計支援装置が想定している設計手順の処理できる範囲にないときは問題である。すなわち、その設計支援装置が予め記憶している設計手順の内容や、実際にその設計支援装置が行った演算過程の内容についてはブラックボックスとされ、オペレータには、単に「設計不能」とか「最適解を求められない」といった回答しか与えられない。したがって、オペレータは、どこに不都合があるのかわからないまま、入力データを適当に変更し直し、再度自動設計を指示することになる。このようなことを繰り返すことになると、設計にかえって時間がかかることになる。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、設計パラメータを順次変更して自動設計を行う際に、入力データが自動設計の範囲を外れるときでも設計支援を適切に行うことができる設計支援装置および設計支援プログラムを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る設計支援装置は、設計目標条件と設計対象物に対する複数の設計項目を含む入力データに基づき、各設計項目に係る設計パラメータにつき初期値から順次その値を変更し、設計対象物の最適設計を行う設計支援装置であって、初期状態から少なくとも１つの設計パラメータを変更する変更手段と、変更した設計パラメータに従って設計対象物の自動設計を行い、その結果と設計目標条件との差異状況をチェックし、少なくとも設計目標条件を満たさないときにチェック状況を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る設計支援装置において、さらに、出力されたチェック状況に基づいてユーザが行う指示を受け取る取得手段を備え、取得した指示に従って設計支援を行うことが好ましい。

また、本発明に係る設計支援装置において、入力データには、設計対象物の意匠データを含み、設計目標条件は、設計対象物を構成する要素と意匠との間の配置関係を含むことが好ましい。

また、出力手段は、設計目標条件に対する差異を記載するチェックリストと、３次元ＣＡＤデータと、断面図とのうちで少なくとも１つを含んで出力することが好ましい。

また、本発明に係る設計支援プログラムは、設計目標条件と設計対象物に対する複数の設計項目を含む入力データに基づき、各設計項目に係る設計パラメータにつき初期値から順次その値を変更し、設計対象物の最適設計を行う設計支援装置上で実行される設計支援プログラムであって、初期状態から少なくとも１つの設計パラメータを変更する変更処理手順と、変更した設計パラメータに従って設計対象物の自動設計を行い、その結果と設計目標条件との差異状況をチェックし、少なくとも設計目標条件を満たさないときにチェック状況を出力する出力処理手順と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る設計支援プログラムにおいて、さらに、出力されたチェック状況に基づいてユーザが行うパラメータの変更指示を受け取る指示取得処理手順と、パラメータの変更指示を取得したときは、さらに配置パラメータを変更し、その結果のチェック状況を出力する設計支援継続処理手順と、を実行させることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、少なくとも１つのパラメータを変更したときは、それに従って自動設計を行い、その結果が設計目標条件を満たさないときは必ずチェック状況が出力される。したがって、ユーザは、パラメータが変更される都度、少なくとも設計目標条件を満たさないときにはチェック状況を入手できるので、以後の設計進行が容易となる。

また、上記設計の少なくとも１つにより、チェック状況に基づいたユーザの指示を受け取り、例えば入力データの変更や新しい設計パラメータの指示等に基づいて自動設計を行うことができる。すなわち、設計支援装置にユーザが介在することで、設計支援装置の有する設計手順に基づいた自動設計の機能をさらに効果的に発揮させ、入力データが自動設計の設計手順の範囲を外れるときでも設計支援を適切に行うことができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、意匠に関する設計支援を行う。意匠は、機構設計等とは独立した考えで行われることも多く、従来にない新しい意匠や一見奇抜な意匠等の場合に、設計支援装置の有する設計手順をそのまま進めると「設計不能」となることも予想される。このような場合でも、チェック状況を出力するので、ユーザはそれに基づき、以後の設計進行が容易となる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、チェックリストや図面等を出力する。チェック状況は、図面により一目で把握できる場合もあり、また数値で表した方が理解しやすいこともある。また図面と数値等を組み合わせたほうがより一層理解し易くなる。したがって、これらの資料の出力により、以後の設計進行が容易となる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態に付き詳細に説明する。以下においては、設計支援の対象として車両の意匠に関するもの、さらに具体的にはドア周りの要素配置の設計支援について説明するが、車両以外の製品を対象としてもよく、意匠のみならず機構部品等の自動作図に関するものでもよく、配置設計のみならず形状や寸法設計等であってもよい。また、３次元設計のみならず２次元設計に関するものであってもよい。また、設計支援装置は、独立の装置であってもよく、あるいはネットワークによって他の装置に接続されるものであってもよい。また、設計支援プログラムは、独立のプログラムであってもよく、すでにある設計支援プログラムに組み込まれるものであってもよい。

図１は設計支援装置１０のブロック図である。設計支援装置１０は、ＣＰＵ１２とキーボード等の入力部１４、ディスプレイやプロッタ等の出力部１６、プログラムや設計結果等を記憶する記憶装置１８を含み、これらは内部バスで相互に接続される。また、外部のネットワークに接続する通信制御機能を有してもよい。かかる設計支援装置１０は、３次元設計に適したコンピュータ等で構成することができる。

ＣＰＵ１２は、入力部１４等を介して設計支援に必要なデータを取得するデータ取得部２０、設計パラメータを変更するパラメータ変更部２２、設計パラメータに基づき予め有している設計手順に従って自動作図を行う自動作図部２４、自動作図の成果物について予め定めたチェック項目につき図面上で自動測定を行う自動測定部２６、自動測定の結果を設計目標条件と比較等を行って出力するチェック状況出力部２８を含む。これらの機能はソフトウエアによって実現することができ、具体的には対応する設計支援プログラムを実行することで実現できる。また、各機能の一部をハードウエアで実現するように構成してもよい。

かかる構成の設計支援装置の作用を説明する例として、車両のドアの開閉用ヒンジ周りについての設計支援を用いる。そこで先に車両とドアの開閉用ヒンジ周りについて述べる。図２の車両側面図とそれに対応する背面図における一部破断図とに示すように、車両５０のドア５２は、車両５０のボディ本体に取り付けられる２つの雌型のヒンジ（フィメール）と、ドア５２に取り付けられる２つの雄型のヒンジ５４ａ，５４ｂとの間で回転自在に支持される。車両５０は数多くの構成部品が相互に関連して構成されるので、車両の設計支援には、これら各要素ごとに設計支援のプログラムがカプセルとして用意される。例えば、ドアの開閉用ヒンジ周りについては、「ヒンジ配置」等の名称の設計支援カプセルが用意される。

「ヒンジ配置」の設計支援カプセルは、ヒンジ配置に関する設計目標条件と、ドアのヒンジ周りの各要素に対する設計項目等を入力し、各設計項目に係る設計パラメータにつき初期値から順次その値を変更し、ドアのヒンジ周りの各要素との関係でヒンジの最適設計を自動で行うことができる。

さらに具体的には図３のヒンジ５４ａ，５４ｂ周辺の拡大図を用いて説明する。まず車両仕様が定まり、ドアの意匠の外形を示す意匠線５６が入力データとして与えられると、標準部品のヒンジ５４ａ，５４ｂが予め定めてある初期配置状態に置かれる。ここで、各ヒンジ５４ａ，５４ｂは、図３で示すＸ方向の位置Ｘ₁，Ｘ₂の移動、Ｙ方向の位置ΔＣの移動、Ｚ軸周りの傾き角度θ₁，θ₂の回転を設計パラメータとしてその変更により、その配置を変えることができる。その配置変更は、ドアの意匠やドアのヒンジ周りにおける他の構成部品との隙間関係等の設計項目に関する設計目標条件を満たすよう行われる。すなわち、ヒンジ配置の設計支援カプセルは、設計目標条件、標準ヒンジ形状、意匠線、初期値等が入力されると、Ｘ₁，Ｘ₂，θ₁，θ₂，ΔＣの設計パラメータを変更して２つのヒンジ５４ａ，５４ｂの最適配置を行うものである。

図４は、設計支援の手順を示すフローチャートである。「ヒンジ配置」の設計支援カプセルを起動すると、最初に設計を行うための入力データを取得する（Ｓ１０）。具体的には、ＣＰＵ１２のデータ取得部２０の機能により、入力部１４を介してユーザの入力したデータを取得し、必要な基本データを記憶装置１８から読み出す。ここで入力データとしては、車種等の車両仕様、設計項目や設計目標条件等の設計基本仕様、意匠データ、初期配置状態等の初期値が含まれる。

いま、新しいドアの意匠が提案され、これに対しヒンジの最適配置を設計する場合、図２、図３の例では、対象となる車両５０と、それに伴うヒンジ５４ａ，５４ｂ及びドア５２の周辺における各構成要素のデータ、意匠線５６、ヒンジ５４ａ，５４ｂと意匠線５６との間及び各構成要素との間の隙間等の設計項目と、各設計項目に関するヒンジ５４ａ，５４ｂの設計パラメータＸ₁，Ｘ₂，θ₁，θ₂，ΔＣ及びその目標値、ヒンジ５４ａ，５４ｂ及びその周辺の各構成要素の初期配置条件等が入力データとなる。

設計に必要な入力データを取得すると、それに従って初期配置を行う。上記の例では、意匠線５６が新規であるので、普通に配置すると設計目標条件を満たさない可能性があるが、初期においてはまず意匠線５６はそのままとし、ヒンジ５４ａ，５４ｂを初期値の定めるところに従って配置する。この場合、意匠線５６に依存して初期配置を定めるものとすることができる、図３の例では、意匠線５６の上端とヒンジ５４ａとの距離Ｘ₁、下端とヒンジ５４ｂとの距離Ｘ₂は小さいほどドア５２の開閉がスムーズに行くことが経験的に知られているとすると、初期配置は入力された意匠線５６に従い、Ｘ₁，Ｘ₂，の設計許容範囲の最小値を用いるものとすることができる。

初期配置が終わると、つぎに設計パラメータの変更を行う（Ｓ１２）。具体的にはパラメータ変更部２２の機能により、複数の設計パラメータの中で少なくとも１つの設計パラメータを変更する。設計パラメータの変更順位は、予め「ヒンジ配置」の設計支援カプセルの設計手順の中で定めておくことができる。例えば、図３の例で、２つのヒンジ５４ａ，５４ｂを結ぶ中心線のＹ方向の位置ΔＣを変更するものとできる。ΔＣの変更は、設計項目及び設計目標条件の中で変更できる範囲が与えられているので、その範囲内で変更することができる。

設計パラメータが変更されるとそれに従って自動作図、自動配置を行う（Ｓ１４）。具体的には自動作図部２４の機能により、初期値の配置状態から設計パラメータを変更し、それに伴う配置状態を自動で作図して求める。上記の例ではΔＣを変更したので、２つの５４ａ，５４ｂが連動して意匠線５６に近づき又は遠ざかることになる。このとき、自動作図、自動配置は、ΔＣの設計許容範囲の中で振ることができる。どの程度ΔＣを変更するかについては、予め「ヒンジ配置」の設計支援カプセルの設計手順の中で定めておくことができる。例えば２ｍｍ刻みでΔＣを変更し、最初は意匠線５６に近づける方に変更するものと定めてあるとすると、初期値から−２ｍｍ変更し、そのときの２つのヒンジ５４ａ，５４ｂの配置を自動作図により求める。

次に自動測定チェックを行う（Ｓ１６）。具体的には、自動測定部２６の機能により、設計目標条件及び設計項目により定められる測定項目につき、設計データ上で寸法等を自動測定する。測定項目の例を図５に示す。図５は、ヒンジ５４ａの周囲の水平断面図で、ヒンジ５４ａに隣接する各構成要素が図示されている。ヒンジ５４ａはドア５２に取り付けられ、これに対応する雌型ヒンジ（フィメール）５５ａは車体５１に取り付けられ、回転中心Ｏ周りに相互に回転できる。したがって、ドア５２は、回転中心Ｏ周りに回転でき、これによりドア５２の開閉が行われる。図５において実線がドア５２の閉まっている状態、破線がドア５２の全開状態を示す。ドア５２の先端は、車体のフェンダ５３に向かい合う。

図５において、測定項目は、ドア全閉のときにおけるドア５２の先端とフェンダ５３との間の隙間、いわゆる見切り線の幅Ａと、ドア全開のときにおけるドア５２の先端とフィメール５５ａとの間の隙間Ｂと、ヒンジ５４ａがドア５２の意匠線に近接して配置されたときのドア内側（いわゆるサイドパネル面）の角のＲ部分に対する距離Ｃである。これらはすべてヒンジ５４ａの設計パラメータの変更により影響を受ける。そして、幅Ａが少なすぎるとドア５２が閉まらず、大きすぎると雨水等が入り込む。隙間Ｂが少なすぎるとドア５２がフィメール５５ａに当たって全開できない。距離Ｃが少なすぎるとヒンジ５４ａがドア５２に対し斜め付けになる。したがって、これらが測定項目とされる。

測定チェックの結果はチェックレポートとして出力される（Ｓ１８）。具体的にはチェック状況出力部２８の機能により、測定結果のリスト、３次元ＣＡＤ図、断面図等が出力部１６から出力される。図６に測定結果のリストであるいわゆるチェックリストの例を示す。チェックリストには、チェック項目名、設計目標条件である設計許容範囲、測定結果、測定結果と設計目標条件との比較による判定結果等が記載される。この例では、ΔＣ＝＋２ｍｍ変更して自動配置を行い、その結果、見切り線の幅Ａが少なすぎてＮＧとの判定となっている。チェックリストには変更した設計パラメータの状況等、以後の設計を進める上で役立つその他の情報を記載することが好ましい。チェック状況出力の１つである断面図は、例えば図５に示すものを用いることができる。断面図、３次元ＣＡＤ図には、チェックリストに対応する符号や色づけ等を行い、対比を容易にすることが好ましい。例えば図５に示すように、測定項目の個所を円で囲み、チェックリストの項目記号Ａ，Ｂ，Ｃに対応する符号を付す。

チェックレポートの内容としては、チェックリスト、３次元ＣＡＤ図、断面図の３点セットを用いるのが好ましいが、必要に応じ、増減してもよい。すなわち、チェックリストは数値データであるので、数値的に厳しい設計項目の判断には有効であるのに対し、３次元ＣＡＤ図や断面図は一目見て判断できるようなときに特に効果的である。したがって、場合により、チェックリストのみ出力してもよく、あるいは３次元ＣＡＤ図だけの出力」でもよい。また、上記のように、これら以外の設計に役立つ内容のものをチェックレポートに追加してもよい。

チェックレポートが出力されると、ユーザがそれを見てＯＫか否かを判断する（Ｓ２０）。この工程は設計支援装置１０の機能ではないので、破線で示してある。ユーザがＯＫと判断すると、そのまま設計支援は終了する。言い換えれば、設計支援装置１０は、チェックレポート出力工程が終了した時点で、１区切りをつけており、次の新しい設計支援を行える状態となっている。したがって、自動測定チェックの結果、全部の項目が設計目標条件を満たしていれば、チェックレポートを出力せずに、「ＯＫ」の情報と、その自動作図、配置結果を出力して終了としてもよい。

チェックレポートをユーザがみて、新しい指示を設計支援装置１０に与えることができる。すなわち、意匠線の変更や、設計パラメータの新しい設定等を行って、これを入力データとすることができる。この場合、設計支援装置１０は、この指示を取得（Ｓ２２）し、データ取得部２０又はパラメータ変更部２２の機能により、引き続き自動作図、配置等の工程を行う。これを繰り返すことでヒンジの最適配置がなされる。

図４のＳ２０の工程に見るように、設計支援装置にユーザが介在することで、設計支援装置の有する設計手順に基づいた自動設計の機能をさらに効果的に発揮させ、入力データが自動設計の設計手順の範囲を外れるときでも設計支援を適切に行うことができる。

本発明に係る実施の形態における設計支援装置のブロック図である。車両側面図とそれに対応する背面図における一部破断図である。ヒンジ周辺の拡大図である。本発明に係る実施の形態における設計支援の手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態における測定項目の例を示す図である。本発明に係る実施の形態におけるチェックリストの例を示す図である。

符号の説明

１０設計支援装置、１２ＣＰＵ、２０データ取得部、２２パラメータ変更部、２４自動作図部、２６自動測定部、２８チェック状況出力部、５０車両、５１車体、５２ドア、５３フェンダ、５４ａ，５４ｂヒンジ、５５ａフィメール、５６意匠線。

Claims

設計目標条件と設計対象物に対する複数の設計項目を含む入力データに基づき、各設計項目に係る設計パラメータにつき初期値から順次その値を変更し、設計対象物の最適設計を行う設計支援装置であって、
初期状態から少なくとも１つの設計パラメータを変更する変更手段と、
変更した設計パラメータに従って設計対象物の自動設計を行い、その結果と設計目標条件との差異状況をチェックし、少なくとも設計目標条件を満たさないときにチェック状況を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置において、さらに、
出力されたチェック状況に基づいてユーザが行う指示を受け取る取得手段を備え、取得した指示に従って設計支援を行うことを特徴とする設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置において、
入力データには、設計対象物の意匠データを含み、
設計目標条件は、設計対象物を構成する要素と意匠との間の配置関係を含むことを特徴とする設計支援装置。
請求項１に記載の設計支援装置において、
出力手段は、設計目標条件に対する差異を記載するチェックリストと、３次元ＣＡＤデータと、断面図とのうちで少なくとも１つを含んで出力することを特徴とする設計支援装置。
設計目標条件と設計対象物に対する複数の設計項目を含む入力データに基づき、各設計項目に係る設計パラメータにつき初期値から順次その値を変更し、設計対象物の最適設計を行う設計支援装置上で実行される設計支援プログラムであって、
初期状態から少なくとも１つの設計パラメータを変更する変更処理手順と、
変更した設計パラメータに従って設計対象物の自動設計を行い、その結果と設計目標条件との差異状況をチェックし、少なくとも設計目標条件を満たさないときにチェック状況を出力する出力処理手順と、
を備えることを特徴とする設計支援プログラム。
請求項５に記載の設計支援プログラムにおいて、さらに、
出力されたチェック状況に基づいてユーザが行うパラメータの変更指示を受け取る指示取得処理手順と、
パラメータの変更指示を取得したときは、さらに配置パラメータを変更し、その結果のチェック状況を出力する設計支援継続処理手順と、
を実行させることを特徴とする設計支援プログラム。