JP2005202771A - 設計支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】多数の構成部品からなる製品の構成部品を交換する場合に、交換部品の選択の容易化，部品交換作業の迅速化，容易化，交換作業負担の軽減を図ることを課題とする。
【解決手段】製品の構成部品ごとに、その部品の情報を格納する部品情報記憶部1.2と、交換前部品情報，交換後部品情報および交換指示情報とを含む交換情報を入力編集する交換情報入力部1.1と、交換前後の部品名を含む交換部品情報を表示する表示部1.11と、交換情報入力部1.1により編集された交換情報を所定の形式で格納する交換情報格納部1.6と、製品の構成部品間の階層関係を含む３次元モデルデータを格納した３次元モデルデータ格納部1.7と、前記交換情報格納部1.6に格納された交換情報に基づいて、３次元モデルデータ格納部1.7に既に格納されていた３次元モデルデータに対して、部品交換を実行する交換処理実行部1.9とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、設計支援システムに関し、特にコンピュータを用いた製品設計の分野で使用する設計支援システムに関する。

電気製品、情報機器，製造装置などの製品は、多数の部品の組合せにより設計される。
近年、複数の部品から構成されるこれらの製品の設計に、３次元ＣＡＤシステムが使用されている。また、この３次元ＣＡＤシステムを用いて、一度完成した製品について、製品の部品コスト削減や海外の仕向け地に合わせた一部の仕様変更によるマイナーチェンジモデルの設計を行う場合もある。この場合は、通常製品を一から開発するのではなく、一部の部品のみを交換することにより別モデルを開発することが多い。したがって、すでに設計済の部品を他の部品に交換するための設計作業が簡単にできることが望まれる。

適切な交換部品を選択する際に、部品間の配置、組み付け方法や大きさなど３次元ＣＡＤシステム上に存在する情報を組み合わせて、交換可能な部品を関連部品として表示し、その中から操作者に選択させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平９−１９０４５６号公報

製品の構成部品は、３次元ＣＡＤシステムにより３次元モデルデータの一つとして、別々に入力、編集され、予めデータベースに格納される。部品Ａを部品Ｂに交換する場合、操作者が適切な交換後部品Ｂを選択する作業と、３次元モデルデータを修正して、交換前部品Ａのデータを、選択した交換後部品Ｂのデータに変更する作業が必要である。

まず、適切な交換後部品を選択するためには、その交換しようとする交換前部品の情報を確認する必要がある。しかし、従来の３次元ＣＡＤシステムで管理している部品情報は、本来３次元モデルの形状を定義するための情報のみであり、形状の定義に直接関係ない情報を入力および登録することは任意である。３次元モデルに入力される形状の定義に直接関係ない情報とは、例えば部品の材質、重量、電気抵抗および加工方法などがある。これらは部品の物理的な属性であり同一部品である限り変更されることはないので、３次元モデルデータの中に存在することがある。

しかし部品交換を行う際に参照しなければならない部品情報としては、その他に部品の単価や在庫数など、時間と共に変化する情報も必要な場合がある。たとえば、部品の単価は、コストダウンのための部品交換のような設計変更には必要である。また、部品の単価や在庫数のような情報は、例えば購買に関わるシステムや部品情報を管理するための他の管理システムなどで管理されているのが通常である。このような場合、形状定義情報のみを有する３次元ＣＡＤシステムを用いて部品交換する操作者は、他の管理システムを用いなければ適切な交換後部品を選択することができないので、他の管理システムの知識も必要となり、設計変更の作業者の負担が大きかった。

また、３次元モデルデータには機構部品のみならず電気・電子部品も組み付けられていることが多い。電気・電子部品そのものは回路設計者の責任担当であるにもかかわらず、それを３次元モデルデータに組み付けるのは機構設計者であることがある。機構設計者は電気部品を組み付けて自分の担当する機構部品との干渉チェックに利用したり、重量を確認したりすることがあるためである。電気・電子部品の交換による設計変更や新製品の回路設計は本来回路設計者が行うべきものである。しかし、回路設計者にとって、３次元ＣＡＤシステムの操作方法が分からなかったり、他人の作った３次元モデルデータを修正するのが困難な場合が多い。この場合、３次元モデルデータヘの変更の反映は、データを作成した機構設計者本人しか実施できないか、あるいは、機構設計者の指導のもと、回路設計者が実施しなければならず、作業者の負担は大きく、時間もかかっていた。

そこで、この発明では、適切な部品情報を基にした交換後部品の選択を行うことと、３次元モデルデータの部品交換操作を自動的に行うことにより、３次元ＣＡＤシステムの操作に習熟していない回路設計者のような操作者でも、３次元モデルデータの変更が、的確且つ簡単に行える設計支援システムを提供することを目的とする。

この発明は、製品の構成部品ごとに、その部品の情報を格納する部品情報記憶部と、交換前部品情報，交換後部品情報および交換指示情報とを含む交換情報を入力編集する交換情報入力部と、交換前後の部品名を含む交換部品情報を表示する表示部と、交換情報入力部により編集された交換情報を所定の形式で格納する交換情報格納部と、製品の構成部品間の階層関係を含む３次元モデルデータを格納した３次元モデルデータ格納部と、前記交換情報格納部に格納された交換情報に基づいて、３次元モデルデータ格納部に既に格納されていた３次元モデルデータに対して、部品交換を実行する交換処理実行部とを備えたことを特徴とする設計支援システムを提供するものである。
これによれば、適切な交換部品の選択の容易化，部品交換作業の迅速化と容易化および交換作業負担の軽減を図ることができる。

この発明において、前記部品情報記憶部に格納された部品の情報には、その部品の名称，識別コード，単価，材質および在庫数を含むようにしてもよい。
また、前記交換情報格納部に格納される交換情報は、テキストファイルまたはＣＳＶ形式ファイルの形式で格納されるようにしてもよい。
さらに、前記３次元モデルデータ格納部に記憶される３次元モデルデータは、各構成部品間の組み付けの依存関係，部品相互間の組み付けの基準となる座標系についての情報を含むようにしてもよい。

また、この発明において、前記交換処理実行部は、前記交換情報格納部に格納された交換情報を読み出し、交換指示および交換前後の部品を認識する情報取得部と、取得された交換前部品が複数個ある場合に、前記３次元モデルデータ格納部に格納されていた３次元モデルデータを用いて、交換前部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高いものを先に交換するように、交換前部品の交換順序を設定する交換順序設定部と、前記交換順序設定部で設定された順序で、交換前部品を１つ選択し、その選択された交換前部品を対応する交換後部品に置換する交換処理部とを備えるようにしてもよい。

ここで、前記交換処理実行部の交換処理部は、前記３次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認し、交換しようとしている交換前部品が組み付けの依存関係を有している場合に、部品の置換前に、その依存関係を一時解除する解除部と、部品の置換後に、一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元する復元部とを備えるようにしてもよい。

また、前記交換処理部は、交換前部品を交換後部品に置換する際、３次元モデルデータ格納部に格納されている３次元モデルデータの中の交換前部品の組み付け基準となる座標系を用いて、交換後部品に置換するようにしてもよい。
さらに、前記部品情報記憶部は、前記交換情報入力部とネットワークを介して接続され、交換情報入力部は、部品情報記憶部に格納されている部品情報を取得して、交換情報を編集するようにしてもよい。

この発明は、交換前部品情報，交換後部品情報および交換指示情報からなる交換情報を取得し、取得された交換前部品が複数個ある場合に、これらの交換前部品を含む３次元モデルデータを用いて交換前部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高い部品が先に交換されるように交換順序を設定し、前記３次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認し、交換前部品に組み付けの依存関係が存在する場合には、部品の置換前にその依存関係を一時解除した後、交換前部品を対応する交換後部品に置換し、一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元し、前記交換順序に従って、交換前部品を対応する交換後部品に交換することを特徴とする設計支援システムの部品交換方法を提供するものである。

この発明によれば、複数の構成部品から構成された製品について、その構成部品を交換する作業をする場合において、適切な交換部品の選択の容易化，部品交換作業の迅速化と容易化ができ、さらに作業者の交換作業の負担を軽減できる。
なお、構成部品ごとに格納された部品情報を表示部に表示させ、交換前後の部品に関する単価，材質，在庫数などの情報を比較検討しながら交換情報を編集するので、要求仕様に適した交換部品を容易に選択できる。
交換作業者は、表示部の表示内容を確認しながら交換情報を入力編集すればよいので、交換情報格納部に格納される交換情報を所定の形式で直接作成する必要はなく、容易かつ迅速に交換情報を作成することができる。
また、交換情報の所定の形式として、テキストまたはＣＳＶ形式を用いれば、交換作業に慣れていない者であっても、交換情報の作成，理解が容易である。

さらに、交換情報が作成された後は、交換処理実行部により部品交換が自動的に実行されるので、３次元モデルデータの交換について十分な知識のない者でも交換作業の負担は少なく、部品交換作業が容易にできる。
交換前部品が複数ある場合に、その階層レベルの高い部品から順に交換をするので、意図しない部品交換が行われることはなく、再度の交換のやり直しを防止でき、部品交換作業の正確化，迅速化を図ることができる。
また、構成部品相互間の組み付けの依存関係を考慮して、その依存関係の解除および復元をしているので、意図しない部品交換の防止，再度の交換のやり直しの防止をすることができる。さらに、交換前後の部品について同じ組み付け基準となる座標系を用いて部品の置換をするので、正確に部品交換ができる。

以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
＜システム構成＞
図１に、この発明の設計支援システムの全体構成のブロック図を示す。
この発明の設計支援システムは、部品情報管理装置1.2と、部品情報入出力装置1.1と、部品交換指示ファイル格納装置1.6と、３次元モデルデータ処理装置1.10とからなる。
図１において、部品情報管理装置1.2は前記した部品情報記憶部に相当し、部品情報入出力装置1.1は交換情報入力部に相当し、部品交換指示ファイル格納装置1.6は交換情報格納部に相当し、部品交換処理実行部1.9は交換処理実行部に相当する。また、前記した交換情報は、図１の部品交換指示ファイル格納装置1.6に格納される部品交換指示ファイル（図６参照）を意味する。

部品情報入出力装置1.1は、操作者の要求に応じて部品情報の検索や格納等を行い、部品交換指示を行う装置であり、入力部1.3と、部品交換指示設定部1.4と、部品交換指示ファイル出力部1.5と、表示部1.11と、交換部品検索部1.13とからなる。
入力部1.3はマウス、キーボード、ポインティングデバイス、スキャナなどの各種入力装置を用いることができ、操作者が部品情報入出力装置1.1に、部品の属性情報である名称、単価、材質、部品コード、などを入力するために使用される。
表示部1.11はＣＲＴ，ＬＣＤなどを用いることができ、操作者に対して部品の属性情報である名称、単価、材質、部品コードなどを画面表示するものである。

部品交換指示設定部1.4は、部品の交換指示を設定する部分であり、図５に例示する画面を表示部1.11に表示させて、操作者が設定情報を入力し、編集する。操作者は入力部1.3を用いて、交換指示5.3の列に指示内容、例えば「交換」あるいは「新規」などを入力し、交換部品5.4の列に交換する部品（交換後部品）を入力編集する。その他に、部品固有の名称を示す部品名欄5.1、３次元モデルデータのファイル名を示すデータ名欄5.2（交換前部品のデータ名）、データ名に該当する各交換後部品の単価を示す単価欄5.5、データ名に該当する各交換前部品の在庫数を示す在庫欄5.6がある。これらの欄は、部品の交換状況の一覧を分かり易くするための代表的な部品情報であり、これらに限るものではない。

交換部品検索部1.13は、部品交換指示設定部1.4にて選択した部品の交換候補となる部品を部品情報管理装置1.2から検索し、図１０に示すような検索結果を部品交換指示設定部1.4に返す部分である。操作者は、図５と図１０のリストを表示して部品情報を確認しながら、交換する部品を選択する。これにより部品交換指示設定部1.4における交換部品5.4の列に交換後部品の部品名を入力することができる。

ここで表示する部品情報は部品交換指示設定部1.4で表示する代表的な部品情報だけでなく、部品を交換する際に参照する必要がある全ての情報を表示させることが好ましい。すなわち、図１０で示した項目は一例であり、これに限らない。例えば、部品交換の際、交換後部品の単価を確認できれば、最も安価な部品に交換するような選択をすることにより製品のコストを下げるような設計変更が可能となる。
また、交換前部品の在庫数が分かればコストダウンによる仕様変更を行う際に部品交換を行う時期を判断することができる。まだ交換前部品の在庫が多量にあるのに部品交換による仕様変更をしてしまうと、在庫部品が無駄になるためかえってコストアップしてしまうからである。
その他、環境への安全基準を考慮するため、部品に使用している材料を確認する必要があれば材料を表示する列を設けてもよい。

部品交換指示ファイル出力部1.5は、部品交換指示設定部1.4において操作者により設定された交換指示を、部品交換指示ファイルとして部品交換指示ファイル格納装置1.6に出力する部分である。図６に、部品交換指示ファイルの一実施例を示す。
部品交換指示ファイルは、たとえば、一行ごとに「処理内容，交換先部品名，新規部品名」というカンマ区切りで列記する書式にて記述する。ただし、図６に示すように、「新規部品名」の指示を省略して、「処理内容，交換先部品名，」までの表記としてもよい。

部品情報管理装置1.2は、部品情報を蓄積するものであり、部品情報入出力装置1.1の要求に応じて部品情報の更新や参照読み出しが行われる。部品情報とは、例えば製品コード、部品名称、部品コード、単価、員数、材質、製造会社名、在庫数などである。また、製品を構成する部品のリストである構成表（例えば図２）の情報も格納される。

部品交換指示ファイル格納装置1.6は、部品交換指示ファイル出力部1.5から出力された部品交換指示ファイルを記録する装置であり、コンピュータ内のハードディスク，ＦＤ，ＭＤ，ＭＯ，ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書きかえ可能な記憶装置や記憶媒体が用いられる。

３次元モデルデータ処理装置1.10は、部品交換指示ファイル入力部1.8と、部品交換処理実行部1.9と、３次元モデルデータ格納部1.7とからなり、部品交換指示ファイルに記録された指示に従って、３次元モデルデータの部品を自動的に交換する装置である。従来と同様の３次元ＣＡＤの機能を有した装置であるため、通常、部品情報入出力装置1.1と同様に、入力部及び出力部を有している。しかし、本発明では交換処理プログラムを起動した後、自動実行することにより操作者による入力作業が不要となるので、入力部及び出力部は省略できる。

３次元モデルデータ格納部1.7は、３次元モデルデータを格納する部分であり、部品交換処理実行部1.9の要求に従って３次元モデルデータの読出し，書込みが行われる。３次元モデルデータとは、３次元ＣＡＤにより作成された部品の設計データを意味し、たとえば３次元形状の幾何情報，寸法定義方法，座標系のような情報から構成される。
部品交換指示ファイル入力部1.8は、部品交換指示ファイル格納装置1.6から部品交換指示ファイルを読み込む部分である。このファイルの読み込みは、たとえば３次元ＣＡＤに３次元モデルデータの読み込みが完了した直後に実行すればよい。
部品交換処理実行部1.9は、部品交換指示ファイルを利用して、３次元モデルデータ格納部1.7から３次元モデルデータを読み出し、部品の交換処理（後述する図７のフロー）を行い、交換処理終了後に変更したモデルデータを３次元モデルデータ格納部1.7に格納する部分である。

部品情報管理装置1.2と部品情報入出力装置1.1は、１つのハードウェアとして構成することもできるが、インターネットやLANなどのネットワーク回線1.12により接続することが好ましい。例えば、国内の設計部門に、部品情報入出力装置1.1が設置され、部品情報管理装置1.2のみが遠隔地の海外の生産拠点に設置されている場合、ネットワークを介して現地の部品情報を通信することにより、国内で部品の交換作業を行うことが可能となる。

また、１つの部品情報管理装置1.2に対して、複数の部品情報入出力装置1.1と部品交換指示ファイル格納装置1.6と３次元モデルデータ処理装置1.10とを、ネットワークを介して接続してもよい。この場合は、共通の部品情報を用いて複数の操作者が同時に部品交換等の作業をすることが可能である。
更に、海外拠点ごとに部品情報管理装置1.2を設置し、これらをネットワーク回線1.12で結ぶことにより、複数の部品情報管理装置1.2に格納された部品情報の中から最も安価な部品を選択することができ、その安価な部品を所有している海外拠点でその部品を使用した製品を生産することも可能である。

なお、図１に示した４つの装置（1.1, 1.2, 1.6, 1.10）は、それぞれ別のハードウェアとして構成することもできるが、１ヶ所で集中管理設計をする場合には、４つの装置をまとめて１つの筐体に収納したハードウェアとして構成することもできる。また、必要に応じて、これらの装置のいずれかをまとめて１つのハードウェアで構成し、他の装置とはＬＡＮ等のネットワークを介して接続するようにしてもよい。

また、部品交換指示設定部1.4，交換部品検索部1.13，部品交換指示ファイル出力部1.5，部品交換指示ファイル入力部1.8，および部品交換処理実行部1.9は、それぞれ、１つのハードウェアモジュールとして構成することもできるが、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏコントローラやタイマーなどからなるマイクロコンピュータにより実現することが好ましい。これらの各部の機能は、ＲＯＭまたはＲＡＭ等に格納された制御プログラムに基づいて、ＣＰＵが動作することにより実現される。ここで、制御プログラムは、ＲＯＭなどの半導体素子に格納された状態で提供される場合の他に、ＣＤ−ＲＯＭ、ＦＤ，ＭＯ，ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＩＣカードなどの各種記憶媒体やハードディスクに格納してもよい。また、ネットワークを介してサーバ等からハードディスクにダウンロードするようにしてもよい。

＜製品の構成部品の情報の構成＞
次に、図２に、製品の構成表の一実施例を示す。図２に示すように、構成表は、階層的なツリー状の図で表すことができる。図２は、一例として、電子レンジの構成表を階層構造で表したものである。ここで、たとえばMODEL#AAA2.1は、DOOR#AAA2.2とCABINET#AAA2.6などの構成部品からなることを示しており、DOOR#AAA2.2は、DOORFRAME#AAA2.3とHANDLE#AAA2.4とHINGE#AAA2.5から構成されることを示している。また、この階層構造では、MODEL#AAA2.1は最上位の階層である。DOOR#AAA2.2はMODEL#AAA2.1よりも下位の階層であり且つDOORFRAME#AAA2.3よりも上位の階層である。

新製品の開発にあたり、すでに設計済の製品に対して、その中のある部品を交換して新製品を設計する場合の設計変更について、説明する。
図２の左上に示すように、まず、既に設計が終了している製品の３次元モデルデータMODEL#AAA2.1があるとする。
このMODEL#AAA2.1には、DOOR#AAA2.2やCABINET#AAA2.6などの部品が組み付けられている。DOOR#AAA.2,2には、DOORFRAME#AAA.2,3とHANDLE#AAA2.4とHINGE#AAA2.5が組み付けられている。MODEL#AAAやDOOR#AAAのような組み付け用の３次元モデルデータはそれ自身は形状を持たないとする。
この組み付け用の３次元モデルデータは、通常のコンピュータのファイルシステムでいうところの「フォルダ」（あるいは「ディレクトリ」）に相当する概念のデータと言える。
一方、DOORFRAME#AAA.2,3やHANDLE#AAA2.4は物理的な部品のデータであってそれ自身に形状をもったデータであり、最小単位である「ファイル」に相当する概念のデータと言える。

図２は、MODEL#AAA2.1を図５に示した指示に従い、DOOR#AAA2.3とHANDLE#AAA2.4を交換する処理を説明したものである。
図２に示した部品の交換の具体的なイメージを、図４に示す。
MODEL#AAA2.1は、図４(a)の電子レンジ本体4.1を示す。
DOOR#AAA2.2は図４(b)のとびら部4.2、DOORFRAME#AAA2.3は図４(b)の部品4.3、HANDLE#AAA2.4は図４(b)の部品4.4、HINGE#AAA2.5は部品4.5、DOOR#BBB2.7は図４(c)のとびら部4.6、DOORFRAME#BBB2.8は図４(c)の部品4.7、HANDLE#BBB2.9は図４(c)の部品4.8、HINGE#BBB2.10は図４(c)の部品4.9、HANDLE#CCC2.12は図４(c)の部品4.10、MODEL#BBB2.13は図４(d)の本体4.11を示している。

図６の部品交換指示ファイルは、図５の指示情報から交換指示のあった部分を抽出したものである。
部品情報入出力装置1.1と３次元モデルデータ処理装置1.10双方に用意するインターフェース部（部品交換指示ファイル出力部1.5と部品交換指示ファイル入力部1.8）の開発を容易にするために、この部品交換指示ファイルの書式は、一般的によく使われているＣＳＶ形式と呼ばれるカンマ区切りの単純な書式を用いることが好ましい。また、このような単純な書式であれば、人の手によって作成することも容易であるため、開発時の動作検証なども行いやすい。

＜部品情報の交換処理＞
図２に示した部品情報の交換処理の具体的な流れを、図７のフローチャートを用いて説明する。
この交換処理は、３次元モデルデータ処理装置1.10によって実行されるものである。また、３次元モデルデータ処理装置1.10は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏコントローラ，タイマーなどからなるマイクロコンピュータ等のハードウェアと、各種ハードウェアをコントロールするプログラムとを備え、ハードウェアが、ＲＯＭ等に格納されたプログラムに基づいて動作することにより、交換処理が実行される。

以下に示す交換処理が実行される前に、操作者が図６に示した部品交換指示ファイルを予め作成しておく必要がある。前記したように、操作者が表示部1.11に表示される図５のような画面を見ながら、交換指示5.3等の情報を入力し、特定の操作（たとえば入力終了操作）をすることにより、部品交換指示設定部1.4によってこの部品交換指示ファイルが作成され、格納装置1.6に格納される。

ステップＳ１：
操作者が、交換処理の起動開始を示すキー入力をする。これにより、以下に示す交換処理が自動的に実行される。ここで、３次元モデルデータ格納部1.7には、すでに、図２(a)に示すようなモデルデータ(MODEL#AAA)が格納されているものとする。

ステップＳ２：
まず、３次元モデルデータ処理装置1.10の部品交換指示ファイル入力部1.8が、部品交換指示ファイルを、部品交換指示ファイル格納装置1.6から読み出す。ここで、図６に示した部品交換指示ファイルを読み出したものとする。

ステップＳ３：
ここでは、部品交換処理実行部1.9が、ステップＳ１で読み出された部品交換指示ファイルをチェックし、交換後の部品として２つの部品(DOOR#BBBとHANDLE#CCC)が存在することを認識し、３次元モデルデータ格納部1.7に対して、交換部品検索処理を行う。
交換部品検索処理では、具体的には、図６のファイルに記載されている２つの交換後部品(DOOR#BBBとHANDLE#CCC)に対応する交換前部品を、３次元モデルデータ格納部1.7内に存在するデータMODEL#AAA2.1から検索する。
それぞれの交換後部品に対応する交換前部品の検索は３次元モデルデータの名称（データファイル名）を用いて行う。３次元モデルデータの名称をアンダーバー「#」により２つの部分、例えば「DOOR#BBB」であれば「DOOR」と「BBB」に左右２分割する。同様の分割方法にて左側が「DOOR」となる３次元モデルデータをMODEL#AAA2.1の構成の中から検索することにより「DOOR#BBB」に対応する唯一の「DOOR#AAA2.2」を得る。アンダーバーが名称中に複数ある場合には最も右側の位置で分割する。例えば、「DOOR#PLATE#BBB」であれば、「DOOR#PLATE」と「BBB」に分割する。従って、３次元モデルの名称はあらかじめ交換可能な部品であれば名称を２分割した際に左側が一致するように３次元モデルデータ作成者により設定してあるものとする。
ここでは、MODEL#AAA2.1の中から、「DOOR#BBB」に対応する「DOOR#AAA2.2」と、「HANDLE#CCC」に対応する「HANDLE#AAA2.4」とが検索により取得される。

ステップＳ４：
検索された部品が複数個ある場合に、どちらを先に処理すべきかを決め、その処理順序を記憶する。処理順序は、まず、階層レベルの高いものを先にし、同じ階層レベルであれば、先に見つけられたものを先に処理するように決める。
この例では、２つの部品の階層を調べると、DOOR#AAA2.2の方が高い階層レベルであるので、DDR#AAA2.2を先にし、HANDLE#AAA2.4をその後に処理すると、順序を決定する。

ステップＳ５：
ステップＳ４で記憶された順に従って、交換対象の部品のモデルデータを、３次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。ここでは、まず「DOOR#AAA2.2」のモデルデータが読み出される。

ステップＳ６：
読み出したモデルデータのデータ構造を調べ、交換前部品の組み付けの依存関係の情報を抽出し、交換される部品に依存して組み付けられているすべての部品の依存関係を解除する。ここで、「組み付けの依存関係」とは、部品相互間の配置に関する依存関係を意味し、例えば、位置を合わせて配置される関係にある２つの部品の関係を意味する。この依存関係は、図２に示したような部品の階層関係とは異なり、階層構造で直接隣接関係にない部品どおしでも存在する場合がある。

図９に、この発明における「組み付けの依存関係」についての説明図を示す。
図２(a)に示したMODEL#AAAにおいて、HINGE#AAA2.5と、CABINET#AAA2.6との間に組み付けの依存関係があったものとする。
図９(a)は、図４に示した電子レンジの部品を示したものであり、本体9.1と、ヒンジ部9.2、キャビネット部9.3とからなることを示している。また、符号9.12は、ヒンジ部9.2とキャビネット部9.3とが依存関係にあることを示しており、ヒンジ部9.2がキャビネット部9.3に組み込まれることを示している。

この図９(a)の部品間の階層構造を表したものが、図９(b)である。図９(b)は、図２(a)と同じものであり、MODEL#AAA(9.4，2.1)の階層構造を示しており、符号9.2と2.5、符号9.3と2.6とが対応している。また、図９(b)の符号9.5の矢印は、とびらのヒンジ部がキャビネット部と依存関係にあることを示している。すなわち、符号9.5と9.12とは同じ依存関係を別の表現で表したものである。
図９(b)によれば、符号9.5は、DOOR#AAAのHINGE#AAA9.2という部品が、CABINET#AAA9.3という部品に位置を合わせるように組み付けられるということを示すものであり、この矢印に相当する依存関係の情報が、３次元モデルデータの中に格納されている。

図９(b)のような構成関係において、組み付けの依存関係をそのままとして、MODEL#AAAの部品CABINET#AAA9.3を削除すると、図９(c)に示すように、矢印9.7が失われ、HINGE#AAA9.2とCABINET#AAA9.3の依存関係が失われてしまう。
これを防止するために、図９(d)に示すように、矢印9.5の関係を削除し、矢印9.9のような新たな組み付けの依存関係を定義する。すなわち、除去するCABINET#AAA9.3の上位階層にあるMODEL#AAAと、HINGE#AAA9.2との間に、組み付けの依存関係(矢印9.9)を作成する。

削除した部品のところに、新たな部品を組み付ける場合は、この矢印9.9をたよりに、もとの組み付けの依存関係(矢印9.5)を復元することが可能となる。
図９(e)は、新たに交換後部品CABINET#BBBを組み込んだ後に、もとの組み付けの依存関係(矢印9.11)を復元したものを示している。
図９(d)のように、もとの依存関係(矢印9.5)を削除して、新たな依存関係(矢印9.9)を作成すると、組み付けの基準位置が変更されるので、３次元モデルデータDOOR#AAAの位置が意図しない位置に移動するが、部品交換のために組み付けの依存関係が失われることはなく、もとに戻すことが可能である。
図９(c)、図９(d)に示すように、組み付けの依存関係の変更をすることを、「依存関係の解除」と呼ぶ。

その後、図９(d)の状態において、新たな交換後部品CABINET#BBB9.6を組み込み、さらに、図９(e)に示すように、矢印9.9の依存関係を利用して、部品HINGE#AAA9.2と、交換後の部品CABINET#BBB9.6との間に、もとの依存関係に等しい関係(矢印9.11)を作成する。
このように、図９(d)から図９(e)の状態に依存関係を変更することを、「依存関係の復元」と呼ぶ。
ステップＳ６においては、図９（ａ）の状態に対して、図９(a)のHINGE#AAA9.2とCABINET#AAA9.3との間の「組み付けの依存関係」が解除され、図９(d)のような状態の３次元モデルデータに変更される。

ステップＳ７：
交換後の部品のデータを、３次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。ここでは、交換後の部品DOOR#BBB2.7のデータを読み出す。

ステップＳ８：
交換後の部品について、組み付け定義を行う。組み付け定義を行うことにより、交換後の部品のモデル全体に対する配置、すなわち階層構造が決定づけられる。組み付け定義は、部品相互間の座標系を一致させることにより行う。
図８に、「座標系」および組み付け定義についての説明図を示す。
「座標系」とは、図８（ａ）に示すような、３つの軸を有する３次元座標系「ＣＳ１」8.2を意味し、３次元モデルデータの各部品を配置するための基準位置を示す要素である。
この「座標系」は、それ自身には形状はないが、組み付けに使用する基準位置を示すものである。

１つの３次元モデルデータ内では、部品ごとに、固有の座標系が存在する。たとえば、図８（ｂ）に示すように、MODEL8.5の中には、とびら部の座標系「ＣＳ２」8.3と、モデル本体の座標系「ＣＳ＿Ａ１」8.6が存在し、図８（ｃ）のMODEL8.8の中には、座標系「ＣＳ＿Ａ２」8.9が存在し、図８（ｄ）のMODEL8.12の中には、座標系「ＣＳ＿Ａ２」8.13が存在する。
ここで、図８（ｃ）と図８（ｄ）とは同種類の部品（とびら部）についての座標系を示しているので、その座標系は同一であり、同じ名前「ＣＳ＿Ａ２」が付与されている。
ステップＳ８の組み付け定義では、３次元モデルの組み付けに使用する「座標系ＣＳ１」8.2に、各部品ごとに定義された「座標系」（ＣＳ＿Ａ１，ＣＳ＿Ａ２など）が一致するように各部品の位置情報が作成される。

たとえば、図４（ａ）に相当するモデルデータの場合は、まず、図８（ｂ）のモデル本体の座標系（ＣＳ＿Ａ１）8.6が図８（ａ）の座標系「ＣＳ１」8.2に合致するように、図８（ｂ）の座標系（ＣＳ＿Ａ１，ＣＳ２）を基に作成されている部品データを変更する。
次に、図８（ｃ）の座標系（ＣＳ＿Ａ２）を基に作成されているとびら部の部品データを、図８（ｃ）の座標系（ＣＳ＿Ａ２）8.9が図８（ｂ）の座標系「ＣＳ２」8.3に合致するように、変更することにより、組み付け定義が行われる。
その結果、図８（ｅ）に示すように、座標系「ＣＳ１」8.2を基準位置として、モデル本体にとびら部の部品データが配置された組み付けデータが生成されることになる。

言いかえると、図８（ｂ）と図８（ｃ）から生成された図８（ｅ）の場合は、図８（ｂ）の座標系「ＣＳ＿Ａ１」8.6が、図８（ａ）の基準座標系「ＣＳ１」8.2に合わせられ、図８（ｃ）の座標系「ＣＳ＿Ａ２」8.9が、図８（ｂ）の基準座標系「ＣＳ２」8.3に合わせられて部品の位置が決められ、３次元モデルデータが作成される。

このようにすでに作成済のモデル図８（ｅ）に対して、図８（ｃ）の部品を、図８（ｄ）の部品に変換する場合を考える。ここで、図８（ｃ）と図８（ｄ）とでは、両者は同種の部品（とびら部）であり、同じ座標系「ＣＳ＿Ａ２」のもとに部品データが作成されている。すなわち、座標系8.9と8.13とは、同名の座標系である。

そこで、基準座標系「ＣＳ２」8.3に合うように組み付けられた図８（ｃ）の座標系8.9の部品データを、同じ名前「ＣＳ＿Ａ２」が付与された図８（ｄ）の座標系8.13の部品データに交換する場合、図８（ｄ）の座標系8.13を基準座標系「ＣＳ２」8.3に合致するようにして、図８（ｃ）の部品データを、図８（ｄ）の部品データに置き換える。このような処理をすることにより、図８（ｆ）に示したような３次元モデルデータ8.14が生成される。
ステップＳ８における「組み付け定義」の処理を実行すると、たとえば、図２（ａ）の状態のうちDOOR#AAA2.2が図２（ａ−１）に示すDOOR#BBB2.7に変更され、図８（ｅ）のモデルが図８（ｆ）のモデルに変更されることになる。

ステップＳ９：
組み付けの依存関係を復元する。
ここでは、たとえば前記したように、一旦図９（ｄ）の状態に変更していたモデルデータの依存関係を、図９（ｅ）に示すようなもとの依存関係を有するように変更する処理をする。
図２（ａ）の場合は、図示していないが、DOOR#AAA2.2を、DOOR#BBB2.7に交換するために、一旦解除していたCABINET#AAA2.6とHINGE#AAA2.5との依存関係をもとに戻し、図９で説明したのと同様に、HINGE#BBB2.10と、CABINET#AAA2.6とが組み付けの依存関係を有するようなデータが作成される。
ステップＳ９の処理をした後、最初図２（ａ）に示した３次元モデルMODEL#AAA2.1は、図２（ｂ）に示すようなMODEL#AAA1(2.11)に変更される。
図２（ｂ）は、ステップＳ３で設定された先に処理すべき部品DOOR#AAA2.2の方を交換した状態を示している。

ステップＳ１０：
部品交換処理がすべて終了したかどうかチェックする。
図６の例では、ステップＳ４でもう一つ交換すべき部品（HANDLE#CCC）が残っているので、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ５からＳ９の処理を繰り返す。すなわち、HANDLE#AAA2.4を、HANDLE#CCC2.12に交換する処理を行う。
一方、交換処理がすべて終了した場合は、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１０からステップＳ５へ戻った場合、２番目の交換順序に記憶されていた部品HANDLE#AAA2.4についてのモデルデータを、３次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。
しかし、さきほどのDOOR#BBB2.7への交換処理のために、部品HANDLE#AAA2.4は、すでにモデルの階層構造（図２（ｂ）参照）からなくなってしまっている。そこで、部品名の「下線」の前の部分「HANDLE#」に一致する部品データを、現在のモデルデータ（MODEL#AAA12.11）の中から検索する。今、図２（ｂ）の中には、「HANDLE#」に一致する部品として「HANDLE#BBB」2.9が存在するので、これを交換前の対象部品として選択し、この部品HANDLE#BBB2.9についてのモデルデータを、３次元モデルデータ格納部1.7から読み出す（ステップＳ５）。

次に、ステップＳ６において、読み出したHANDLE#BBB2.9について組み付けの依存関係が存在するかどうか調べ、あれば、前記したのと同様の手順にてその依頼関係を解除する。
ステップＳ７において、交換後の部品HANDLE#CCC2.12のデータを、３次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。
ステップＳ８において、読み出したHANDLE#CCC2.12を、MODEL#AAA12.11に対して組み込む「組み付け定義」を行う。これにより、図２（ｂ）の「HANDLE#BBB」が、図２（b-1）のHANDLE#CCC2.12に交換され、図２（ｃ）に示すようなMODEL#BBB2.13が生成される。

次に、ステップＳ９において、組み付けの依存関係の復元を行い、ステップＳ１０で、交換処理を終了してよいかどうかのチェックを行う。図６の例では、他に交換すべき部品がないので、ステップＳ１１へ進む。
ステップＳ１１では、ステップＳ８において生成されたMODEL#BBB2.13の３次元モデルデータを、３次元モデルデータ格納部1.7に格納し、処理を終了する。格納された３次元モデルデータMODEL#BBB2.13の製品イメージを図示すると、図４（ｄ）のようになる。

以上に示した交換処理を概説すると、まず図４（ａ）に示したような３次元モデルデータが、すでに３次元モデル格納部1.7に格納されていた状態で、図６に示すような部品交換指示ファイルが、操作者により作成され、部品交換指示ファイル格納装置1.6に格納される。次に、操作者が３次元モデルデータ処理装置1.10で交換処理の起動をかけると、自動的に図７のフローに示した交換処理が実行される。この自動交換処理により、図４（ａ）の部品のうち、ドア4.2（図２の2.2）がドア4.6（図２の2.7）に交換され、さらに、ドアに付属していたハンドル4.4（図２の2.4）がハンドル4.10（図２の2.12）に交換され、その結果、図４（ｄ）および図２（ｃ）に示すような３次元モデルが生成される。

＜交換処理の失敗例＞
なお、図７のステップＳ３，Ｓ４で、部品の交換処理の順序を決定したが、交換部品が複数ある場合に、交換部品の階層構造の低い方を先に交換してしまうと、操作者の意図したものと異なるものが生成される場合がある。
図３に、部品の交換処理の順序を誤った場合の失敗例のモデルデータの状態を示す。
ここでは、部品DOOR#AAAよりも階層レベルの低い部品HANDLE#AAAを先に交換を行い、その後高い階層レベルの部品DOOR#AAAの交換を行った場合を示している。
まず、図３（ａ）のHANDLE#AAAを、図３（ｂ）のHANDLE#CCC3.7に交換することにより、図３（ｃ）の状態の３次元モデルデータが得られる。次に、図３（ｃ）の状態に対して、DOOR#AAAを、図３（ｄ）のDOOR#BBB3.9に交換すると、図３（ｅ）の状態の３次元モデルデータが得られる。

図３（ｅ）では、DOOR#BBBは意図したものに交換されているが、そのDOOR#BBBに付属しているハンドルはHANDLE#BBBとなってしまっており、組み込むべき「HANDLE#CCC」は完成したモデルには組み込まれていない。すなわち、階層レベルの低い部品を先に交換したので、操作者の意図した部品の交換が行われず、交換処理が失敗している。
したがって、この発明では、交換部品が複数個ある場合は、ステップＳ４に示したように、各交換部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高いもの順に交換処理を行うべきである。ただし、同階層の部品が複数ある場合は、任意の順序でかまわない。

この発明の設計支援システムの一実施例の全体構成ブロック図である。 この発明の一実施例の製品の構成表と交換処理実行時の構成表の変化の説明図である。 この発明の交換処理の失敗例についての製品の構成表の変化の説明図である。 この発明の一実施例の部品交換処理の説明図である。 この発明の部品交換指示設定で利用される表示画面の一実施例の説明図である。 この発明の部品交換指示ファイルの一実施例の説明図である。 この発明の交換処理の一実施例のフローチャートである。 この発明の座標系および組み付け定義についての説明図である。 この発明における組み付けの依存関係の説明図である。 この発明において、交換部品の検索によって取得された部品情報の説明図である。

符号の説明

1.1：部品情報入出力装置
1.2：部品情報管理装置
1.3：入力部
1.4：部品交換指示設定部
1.5：部品交換指示ファイル出力部
1.6：部品交換指示ファイル格納装置
1.7：３次元モデルデータ格納部
1.8：部品交換指示ファイル入力部
1.9：部品交換処理実行部
1.10：３次元モデルデータ処理装置
1.11：表示部
1.12：LAN（ネットワーク回線）
1.13：交換部品検索部

Claims (9)

1. 製品の構成部品ごとに、その部品の情報を格納する部品情報記憶部と、交換前部品情報，交換後部品情報および交換指示情報とを含む交換情報を入力編集する交換情報入力部と、交換前後の部品名を含む交換部品情報を表示する表示部と、交換情報入力部により編集された交換情報を所定の形式で格納する交換情報格納部と、製品の構成部品間の階層関係を含む３次元モデルデータを格納した３次元モデルデータ格納部と、前記交換情報格納部に格納された交換情報に基づいて、３次元モデルデータ格納部に既に格納されていた３次元モデルデータに対して、部品交換を実行する交換処理実行部とを備えたことを特徴とする設計支援システム。
2. 前記部品情報記憶部に格納された部品の情報が、その部品の名称，識別コード，単価，材質および在庫数を含むことを特徴とする請求項１の設計支援システム。
3. 前記交換情報格納部に格納される交換情報は、テキストファイルまたはＣＳＶ形式ファイルの形式で格納されることを特徴とする請求項１の設計支援システム。
4. 前記交換処理実行部が、前記交換情報格納部に格納された交換情報を読み出し、交換指示および交換前後の部品を認識する情報取得部と、取得された交換前部品が複数個ある場合に、前記３次元モデルデータ格納部に格納されていた３次元モデルデータを用いて、交換前部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高いものを先に交換するように、交換前部品の交換順序を設定する交換順序設定部と、前記交換順序設定部で設定された順序で、交換前部品を１つ選択し、その選択された交換前部品を対応する交換後部品に置換する交換処理部とを備えたことを特徴とする請求項１の設計支援システム。
5. 前記３次元モデルデータ格納部に記憶される３次元モデルデータは、各構成部品間の組み付けの依存関係，および部品相互間の組み付けの基準となる座標系についての情報を含むことを特徴とする請求項４の設計支援システム。
6. 前記交換処理実行部の交換処理部は、前記３次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認し、交換しようとしている交換前部品が組み付けの依存関係を有している場合に、部品の置換前に、その依存関係を一時解除する解除部と、部品の置換後に、一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元する復元部とを備えていることを特徴とする請求項５の設計支援システム。
7. 前記交換処理部は、交換前部品を交換後部品に置換する際、３次元モデルデータ格納部に格納されている３次元モデルデータの中の交換前部品の組み付け基準となる座標系を用いて、交換後部品に置換することを特徴とする請求項５の設計支援システム。
8. 前記部品情報記憶部は、前記交換情報入力部とネットワークを介して接続され、交換情報入力部は、部品情報記憶部に格納されている部品情報を取得して、交換情報を編集することを特徴とする請求項１の設計支援システム。
9. 交換前部品情報，交換後部品情報および交換指示情報からなる交換情報を取得し、取得された交換前部品が複数個ある場合に、これらの交換前部品を含む３次元モデルデータを用いて交換前部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高い部品が先に交換されるように交換順序を設定し、前記３次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認し、交換前部品に組み付けの依存関係が存在する場合には、部品の置換前にその依存関係を一時解除した後、交換前部品を対応する交換後部品に置換し、一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元し、前記交換順序に従って、交換前部品を対応する交換後部品に交換することを特徴とする設計支援システムの部品交換方法。

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