JP2005215997A - 設計支援装置、設計支援方法、設計支援プログラム及び設計支援プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】設計者が設計の妥当性を評価することが可能なように、設計変更可能な範囲を表示する設計支援装置を提供することを課題とする。
【解決手段】製品の形状データと、解析条件、設計要素情報および要求性能値情報を含む製品の初期条件データを入力する。入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する。得られた製品の実性能値を、前記入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとにその寸法値の最適値を演算する。最適化演算によって演算された最適値と、要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定し、決定された寸法値の変更範囲を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、設計支援装置に関し、特に複数の設計項目からなる製品に対して最適化解析を応用して、設計項目の寸法値の変更可能な範囲を演算して表示する設計支援装置、さらには設計支援方法、設計支援プログラム及び設計支援プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体に関する。

感度解析結果に基づいて目的にあった条件の組合わせを算出し、構造解析を行い、この構造解析結果に基づいて目的に近い寸法や材料等を最適条件として出力する構造最適化解析装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
上記解析に基づいて構造物の全体に対して感度解析を行って、その解析結果としての所定の応力に対する構造物の各構成要素の剛性に対応する変位量や、各部の最適の肉厚値等を模式化して表示したり、色分け表示したりなどして３次元形状表示し、視覚的に理解容易な形態で画面表示することが行われている。
また、各構成要素の剛性に対応する変位量や、最適肉厚値などを、構成要素毎に一覧表示することも行われている。

さらに、詳細な変位量の確認などを容易にするために、構造物の剛性バランスを最適化した際に、構造物を構成する各構成要素の肉厚値を材料の規格値に合致させたとき、解析前の肉厚値のときに対してどの程度の偏差がどの構成要素において生じたのかを視覚的に容易に把握するようにし、かつ各構成要素が３次元形状のどの部位にあたる構成要素であるかが容易に判別できるようにした表示方法や表示装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特公平７−１０９３８３号公報 特開２００２−２９７６７５号公報

しかし、従来の最適化手法を用いた構造最適化解析装置では、解析結果を評価するための一つの評価関数（最適化手法においては目的関数と称する場合もある）を定義して、この関数で表現できる範囲内で最適化解析を実行するため、設計者の意図する製品形状を考慮した最適化解析が行われない場合が多々あった。
この場合、最適化解析後の形状に対して、設計者が自ら寸法値を変更して形状を修正する必要があるが、設計者は最適化解析の結果だけ見ても全体の製品性能の評価のバランスや各構成要素の性能への影響を把握することはできず、各構成要素の寸法値をどのように変更することが可能であるかが分からないため、どの程度の範囲までであれば、寸法値を変更できるのかも判断できなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、最適化解析装置を用いて設計項目の対象要素である複数の構成要素（以下設計要素と称する）の寸法を一つの評価関数で評価し、かつ各設計要素の最適な寸法値を求めるのではなく、製品に最低必要な剛性値や放熱性能といった各性能値を満足することができる必要な寸法値の範囲を演算して、その範囲を視覚的に容易に把握できるように表示する設計支援装置を提供することを課題とする。

また、任意の寸法値に変更したときに、その変更に追従して解析結果を表示することにより、各設計要素の寸法を変更したときの製品への影響を容易に把握することができ、全体のバランスを考慮した適切な設計変更を行うようにした設計支援装置を提供することを課題とする。

この発明は、製品の形状データを入力する製品形状入力手段と、解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力手段と、前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行手段と、前記解析実行手段によって取得された解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を、前記初期条件入力手段によって入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算手段と、前記最適化演算手段によって演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算手段と、決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示手段とを備えたことを特徴とする設計支援装置を提供するものである。

ここで、前記寸法値変更範囲演算手段は、初期条件データにより算出された初期形状データＤ１と、前記決定された寸法値変更範囲の上限である最大寸法値を用いて算出された形状データＤ２との差分（Ｄ１−Ｄ２）により求めた第１差分形状と、前記初期形状データＤ１と、前記寸法値変更範囲の下限である最小寸法値を用いて算出された形状データＤ３との差分（Ｄ１−Ｄ３）により求めた第２差分形状とを生成し、初期形状，第１差分形状および第２差分形状を同一画面に表示できるように形状データを構成するようにしてもよい。

また、設計要素ごとに所望の変更寸法値を入力する寸法値変更手段と、前記解析実行手段によって取得された既存の解析結果データを用いて、入力された変更寸法値に対する解析結果データを生成する解析結果補完手段と、前記寸法値変更範囲内の任意の寸法値に対して生成された解析結果データに基づく形状を表示する解析結果表示手段とを、さらに備えるようにしてもよい。

さらに、前記解析結果補完手段は、設計要素の複数個の寸法値から求められた既存の複数個の解析結果データを満足するように近似関数を算出し、この近似関数を用いて前記入力された変更寸法値に対応した解析結果データを生成するようにしてもよい。

また、この発明は、製品の形状データを入力する製品形状入力ステップと、解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力ステップと、前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行ステップと、前記解析実行ステップによって取得された解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算ステップと、前記演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算ステップと、決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示ステップとを備えたことを特徴とする設計支援方法を提供するものである。

ここで、前記寸法値変更範囲演算ステップの後に、設計要素ごとに所望の変更寸法値を入力する寸法値変更ステップと、前記解析実行ステップによって取得された既存の解析結果データを用いて、入力された変更寸法値に対する解析結果データを生成する解析結果補完ステップと、 前記寸法値変更範囲内の任意の寸法値に対して生成された解析結果データに基づく形状を表示する解析結果表示ステップとを、この順にさらに実行するようにしてもよい。

また、この発明は、製品の形状データを入力する製品形状入力機能と、解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力機能と、前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行機能と、前記解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を前記入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算機能と、前記最適化演算機能によって演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算機能と、決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示機能とを、コンピュータに実現させるための設計支援プログラムを提供するものである。
さらに、この発明は、前記の設計支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。

この発明において、「製品形状入力手段」と「初期条件入力手段」は、キーボードやマウスなどのポインティングデバイスが用いられ、これらの入力機器から入力されたデータは、装置内部のメモリや外部記憶装置に格納され、解析実行手段等により利用される。
また、寸法値変更範囲表示手段と解析結果表示手段は、寸法値変更範囲等の情報を、ＣＲＴ，ＬＣＤなどの表示装置に表示するためのものである。
また、解析実行手段や最適化演算手段などのその他の手段は、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータと、記憶媒体に格納されて提供される制御プログラム（設計支援プログラム）とによって実現される。

この発明の設計支援装置によれば、要求する性能値を満足することのできる寸法値の変化幅を演算し、表示することができ、任意の構成要素の寸法値において、初期の形状からどの程度変更してもよいかを視覚的に認識することができる。これにより、最適化手法を用いた形状最適化を行う場合では困難であったが、設計者は設計可能な寸法値の範囲を把握することができ、外観を意識した設計変更を行うことが可能となる。
また、実際に設計変更を行う際に、構成要素の寸法を任意の寸法値に変更したとき、その変更に追従して、製品の評価を行うための解析結果を表示することができるので、各構成要素の寸法を変更したとき、その変更が製品に対してどのような影響を与えるかを把握することができる。これにより、全体のバランスを考慮した適切な設計変更を行うことができる。

以下、本発明に係る設計支援装置を図示の実施の形態によって説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係る設計支援装置１の構成を示すブロック図である。
ここでは、図１に示した設計支援装置１を用いて、図２に示したテレビの背面キャビの構造解析を行う場合を例にして説明する。
一般に、テレビは、図示しない前面キャビと背面キャビで筐体を構成する。テレビの内部には多くの部品が収納されているが、プリント基板に搭載した電子部品や電源部などが発熱する。通常、背面キャビには放熱のために通風用の複数の開口部が設置されている。図２では、ａ〜ｄのスリット状の部分が、複数の開口部である。
開口部（ａ〜ｄ）は、キャビ内部の熱を排気するために設置されており、その面積は、内部の放熱特性に影響する。熱を排気する方法は、自然対流によるものと、ファンによる強制排気が考えられるが、どちらの場合においても開口部（ａ〜ｄ）の面積と位置が放熱特性に影響する。一般に、発熱部に近い開口部の面積が大きくなれば熱の排気量は増加するので放熱特性は向上し、キャビ内部の温度は低下する。逆に面積が小さくなれば放熱特性は低下し、キャビ内部の温度は上昇する。

しかし、一方で、開口部の面積を大きくすれば背面キャビ自体の強度は低下し筐体全体の剛性は低下する。逆に、開口部の面積を小さくすれば背面キャビ自体の強度は向上し、筐体全体の剛性は向上する。デザイン上のため図２のスリット状の開口部（ａ〜ｄ）は外観的に、左右で同じように設け、放熱効果が高い個所は開口穴とし、放熱効果が低い個所は実際には開口穴にはせず、見かけだけの形状として内部構造が見えない構造とする場合もある。

このような開口部の面積は、図２に示すようにスリットの幅の寸法値ｄｘで決定することができる。当然、スリットの縦方向の寸法値の変更も考え得ることであるが、ここでは、寸法値ｄｘのみを取り扱うものとする。また、ａ〜ｄの各個所での開口部の寸法値ｄｘ（開口部ａ〜ｄの寸法値をそれぞれｄａ、ｄｂ、ｄｃ、ｄｄとする）を決定する。開口部ａ〜ｄの各個所の寸法値は、それぞれ個別の異なる数値としてもよい。また、剛性値やテレビ内部の温度値で評価する放熱特性値のことを総称して、以下「性能値」と表現する。

図１において、設計支援装置１は、マウス、キーボードといった一般のCADシステムで利用される入力装置２と、パーソナルコンピュータ、ワークステーションを含むコンピュータ装置３と、製品の形状、初期条件、異なる形状、条件での複数の解析結果を保存するデータベース４と、表示装置５と、作業領域を含む図示しないテンポラリメモリおよびＲＯＭとを備えている。コンピュータ装置３は、主要な機能ごとに分割した構成ブロック（手段）で示している。

入力装置２は、コンピュータ装置３の製品形状入力手段１１、初期条件入力手段１２および、寸法値変更手段１９と接続される。
製品形状入力手段１１は、製品形状を表わす３次元形状データ、各設計要素を入力する部分である。初期条件入力手段１２は、最適化解析の対象とする設計要素を指定し、その設計要素の寸法値の制限値としての最小値および最大値、構造物に対する要求性能値を入力する部分である。
製品形状入力手段１１および初期条件入力手段１２で入力した各種データは、製品情報記憶手段１３によってデータベース４に保存される。

解析実行手段１５は、データベース４に保存された製品形状データおよび初期条件入力データに基づいて、所定の解析を実行し、解析結果データを取得するものである。
最適化演算手段１４は、解析結果データから製品の実性能値を求め、製品の各設計要素に対して入力された初期入力データ（テレビの例では、たとえば開口部の寸法値）に基づき、この実性能値を製品に対する要求性能値に近づけるべく各設計要素の寸法値の最適値を演算するものである。最適化演算結果記憶手段１６は、解析結果データおよび最適化演算された寸法値、すなわち要求寸法値の結果をデータベース４に保存するものである。

寸法値変更範囲演算手段１７は、データベース４に保存された要求寸法値の情報から寸法値変更の範囲を演算するものである。
寸法値変更手段１９は、設計支援装置１の使用者（設計者）が入力した寸法値の変更を受けて、製品形状の寸法値を変更するものである。解析結果補完手段２０は、設計者が入力した任意の寸法値における製品の解析結果がデータベース４に保存されていない場合、すでに保存されている既存の解析結果群から寸法値の変化に対する解析結果の変化状態を最小二乗法、スプライン補間、ラグランジュ補間などを利用して関数曲線を近似し、任意の寸法値における結果を補完するものである。

また、寸法値変更範囲表示手段１８は、寸法値変更範囲演算手段１７の結果を表示するものである。解析結果表示手段２１は、解析結果補完手段２０の結果を表示するものである。これらの表示手段（１８，２１）は、表示装置５に接続される。
寸法値変更範囲表示手段１８は、製品形状入力手段１１によって入力された製品形状データを初期形状として、寸法値変更範囲演算手段１７によって演算された寸法値範囲のうち、最大値の場合の形状と初期形状の差分（第１差分形状）、さらに最小値の場合の形状と初期形状の差分（第２差分形状）とを区別して３次元表示を行うものである。
解析結果表示手段２１は、従来から存在するポストプロセッサと同様であり、節点解および要素解をデータベース４から読み込み、結果をコンターやベクトルを用いて３次元表示を行うものである。

以上のような構成のこの発明の設計支援装置１を、背面キャビの設計に用いた場合の解析や表示の一連の処理について、図３のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１０１：
設計支援装置１を起動させ、使用者が、入力装置２を用いて必要なデータを入力する。ここで、製品形状入力手段１１によって、たとえばテレビの背面キャビの３次元形状データが入力される。

ステップＳ１０２：
初期条件入力手段１２によって、製品の評価を行うための解析条件（ＩＰ１）、最適化解析の対象とする設計要素の情報と、各設計要素の寸法値の制限値としての最小値および最大値（ＩＰ２）、製品に対する要求性能値（ＩＰ３）が入力される。すなわち、３種類の初期条件データが入力される。

ここで、解析条件ＩＰ１とは、設計した背面キャビの実性能値を求めるための解析実行に必要な条件およびモデル生成条件である。たとえば、背面キャビの設計の場合は、剛性値と放熱性能（テレビ内の温度）とによって評価するので、解析を実行するための２種類の解析条件を入力する。１つ目の解析条件は、実剛性値を求めるために構造解析に必要な材料特性や物理的な拘束を含む境界条件などである。２つ目の解析条件は、放熱性能の判定値として、キャビ内部の温度を求めるために熱流体解析に必要な流体特性や熱源を含む境界条件などである。また、モデル生成条件とは、寸法値が変更されても、同一の節点番号、要素番号が割振られるような有限要素モデルを生成するための要素分割数の条件などを意味する。

また、最適化演算の対象とする設計要素の情報とは、図２ではａ〜ｄの各開口部を意味し、この実施例では各開口部の寸法ｄｘが入力される。図２に示す通り、外観上、各部分の開口部の寸法値は全部同じとする。ただし、前記したように異なる数値としてもよい。

各設計要素の寸法値の制限値としての最小値および最大値（ＩＰ２）は、開口寸法において設計者が任意に決定した最大値および最小値を入力するものとする。入力しなければ、開口寸法として物理的に取り得ることが可能な数値として予め計算された最大値および最小値を適用する。物理的に取り得ることが可能な値とは、デザインや金型の構造上の制約も含むものである。一般的な３次元ＣＡＤであれば、物理的に取り得ることが可能な最大値と最小値は算出可能である。

製品に対する要求性能値ＩＰ３とは、キャビとして最低限必要な剛性値と、キャビの放熱性能の判定基準としての、筐体内部の最大限界温度を意味する。この要求性能値のデータには、要求性能値の値と、その値が最大値もしくは最小値であるかという２種類の情報を含む。

図４に、以上に示した初期条件データの具体的な内容の説明図を示す。初期条件データには、解析条件ＩＰ１、設計要素ＩＰ２、要求性能値ＩＰ３の３種類の情報が含まれている。解析条件ＩＰ１には、ソルバーの種類を指定する情報と、その解析条件が含まれる。設計要素ＩＰ２には、最適化対象の設計変数を指定する情報と、その設計変数の制限値が含まれる。要求性能値ＩＰ３には、要求性能タイプとその性能値、その性能値が最大値もしくは最小値であるかを示す情報（条件）、評価するソルバーの種類が含まれる。ここで、ソルバーの種類として、「構造解析」と「熱流体解析」の２つがある。

製品形状入力手段１１および初期条件入力手段１２で入力したデータ、つまり、図４に示す内容は、製品情報記憶手段１３によってデータベース４に保存される。

以下に示すステップＳ１０３〜ステップＳ１０５と、ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８の工程は、最適化演算の工程であり、処理内容はほぼ同じである。同じ工程が２つあるのは、初期条件でソルバーの種類が異なる２つの解析結果を元に最適化演算を実行するためである。尚、構造解析と熱流体解析の順序は逆でもよい。

ステップＳ１０３：
解析実行手段１５が、まずデータベース４から背面キャビの３次元形状データを取得し、図４で示す初期条件データ内容一覧にある情報のうち、ソルバーの種類情報から構造解析用ソルバーを使用するということを取得する。そして、構造解析ソルバーに必要な解析条件（ＩＰ１）を読み込み、構造解析を実行する。
構造解析の解析結果データは、最適化演算の対象の設計変数とその寸法値と共に、最適化演算結果記憶手段１６によって、データベース４に保存される。図５に、この保存される詳細内容の例を示す。最適化演算の対象を図２のａの部分とする場合、ｄaの値とそのときの解析結果の全ての情報とが対応づけられて、１つの情報として保存される。解析結果は、一般的な解析ソルバーで出力される形式と同様であり、各節点番号の解と、各要素番号の解を含む。

ステップＳ１０４：
ここでは、最適化演算手段１４が、ステップＳ１０３での解析結果から実剛性値を取得し、データベース４に保存されている製品に対する要求剛性値を読み出し、実剛性値と要求剛性値を比較する。
そして、実剛性値と要求剛性値とに差があれば、ステップＳ１０５へ進む。差がなければそのときの寸法値を要求寸法値として、図６に示すデータ形式で、データベース４に保存し、ステップＳ１０６へ処理を進める。ここでの差の比較とは、最適化手法における収束判定と同義である。収束判定とは、収束判定条件に基づいて判定され、あらかじめ設計者が決定しておく条件であり、例えば、数値で小数点第何位まで一致すれば差がないとして判定するというようなものである。

ステップＳ１０５：
ここでは、最適化演算手段１４が、実性能値を要求性能値に近づけるべく、データベース４に保存されている最適化演算の対象とする設計要素情報、各設計要素の寸法値の制限値としての最小値および最大値（ＩＰ２）を読み込み、対象とする設計要素の寸法値を制限値内で一時的に変更する。ここでの処理は、最適化手法における感度解析も含み、寸法値の増減および変更値を決定するものである。

たとえば、最適化演算の対象を図２のａの部分とする場合、ａの開口部の寸法値ｄａの値を変更の対象とし、まず、感度解析の結果と制限値から、この寸法値を増加させれば目標に近づくか、減少させれば目標に近づくかということと、増減の値を決定する。この決定した内容は、背面キャビの３次元形状に反映させ、開口部の寸法を変更させる。寸法変更を反映させた３次元モデルは、コンピュータ装置３内部のテンポラリメモリ部に一時的に保存される。その後、変更された３次元形状データを持って、ステップＳ１０３へ戻る。

背面キャビの場合、最適化演算の対象となる設計要素は、ａ〜ｄの各開口部であり、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理は、開口部ａ〜ｄごとに個別に実行される。

ステップＳ１０６：
ここでは、解析実行手段１５が、製品情報記憶手段１３によってデータベース４から背面キャビの３次元形状データを取得し、図４に示す初期条件データ内容一覧にある情報のうち、使用するソルバー情報として熱流体解析ソルバーを取得する。そして、熱流体解析ソルバーに必要な解析条件（ＩＰ１）を読み込み、熱流体解析を実行する。
熱流体解析の解析結果データは、最適化演算の対象の設計変数とその寸法値と共に、最適化演算結果記憶手段１６によって、データベース４に保存される。保存される内容の詳細は、前記した図５に示す通りである。最適化演算の対象を図２のａの部分とする場合、ｄaの値とそのときの解析結果の全ての情報とが対応づけられて、１つの情報として保存される。

ステップＳ１０７：
ここでは、最適化演算手段１４が、ステップＳ１０６での解析結果から実温度値を取得し、データベース４に保存されている背面キャビ内部の要求性能の温度値を読み出し、実温度値と要求温度値を比較する。
そして、実温度値と要求温度値とに差があれば、ステップＳ１０８へ進む。差がなければそのときの寸法値を要求寸法値として、図６に示すデータ形式で、データベース４に保存し、ステップＳ１０９へ処理を進める。ここでの差とは、前記したように最適化手法における収束判定と同義である。

ステップＳ１０８：
ここでは、最適化演算手段１４が、最適化演算の対象を図のａの部分とする場合、ａの開口部の寸法値ｄａの値を変更の対象とし、まず、感度解析の結果と制限値からこの寸法値を増加させれば限界温度値に近づくか、減少させれば限界温度値に近づくかの判定と、その増減の値を決定し、背面キャビの３次元形状に反映させ、寸法を変更させる。寸法変更を反映させた３次元モデルは、コンピュータ装置３内部のテンポラリメモリ部に一時的に保存される。その後、変更された３次元形状データを持って、ステップＳ１０６へ戻る。

ステップＳ１０６〜ステップＳ１０８の処理は、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理の時と同様であり、最適化演算の対象となる設計要素は、開口部ａ〜ｄの４つあるので、開口部ａ〜ｄごとに個別に実行する。

ステップＳ１０９：
ここでは、寸法値変更範囲演算手段１７が、ステップＳ１０４とステップＳ１０７においてデータベース４に保存された図６に示すような要求寸法値と、初期条件入力手段１２で入力した要求性能値の情報と、寸法の制限値としての最大値と最小値とを用いて、開口部の寸法値の変更可能範囲を演算する。

図４では、要求剛性値は、最小値として定義されているので、要求剛性値以上の実剛性値となる寸法値が寸法値変更範囲となる。前記したように開口部の寸法値は小さい程、背面キャビの剛性値は高くなるので、この場合の要求剛性値となる要求寸法値は、寸法値変更範囲の最大値として設定される。
また、図４によれば要求温度値は、最大値として定義されているので、要求温度値以下の実温度値となる寸法値が寸法値変更範囲となる。開口部の寸法値が大きいほど放熱性能が高くなり、キャビの内部温度は下がるので、この場合の要求温度値となる要求寸法値は、寸法値変更範囲の最小値として設定される。この設定判断のための説明図を、図７に示す。
この線図は、最適化演算の過程から得られ、前記したような論理立てに基づきユーザーが入力するものではなく、寸法値の変化に対する各性能値の変化を判断し、寸法値変更範囲の最大値となるのか最小値になるのかを決定する。この判断方法は、例えば、寸法値が増加したとき、性能値が増加するのか減少するのかで判断することもできる。

以上の結果を受けて、初期条件で入力した寸法値の制限値としての最大値（ＩＰ２）よりも図６の要求寸法値の最大値の方が小さい場合、寸法値の制限値としての最大値の値（ＩＰ２）を要求寸法値の最大値に置き換える。同様に、初期条件で入力した最小値（ＩＰ２）よりも図６の要求寸法値の最小値の方が大きい場合、初期条件で入力した寸法値の制限値としての最小値の値（ＩＰ２）を要求寸法値の最小値に置き換える。
結果として得られた最小値および最大値が、寸法変更範囲となる。
この寸法値変更範囲演算手段１７も、開口部ａ〜ｄの各部に対してそれぞれ実行する。

ステップＳ１１０：
ここでは、まず寸法変更範囲表示手段１８が、ステップＳ１０９で演算した寸法変更範囲を用いて、対象となる設計要素ｄｘの寸法値を変更し、変更範囲の最大値をとる場合の３次元形状と、最小値のとる場合の３次元形状をテンポラリメモリに格納する。ここで、データベース４に格納されているキャビの３次元形状を初期形状として、最大値を取る場合の３次元形状と初期形状との差分をブーリアン演算で求めて、その３次元形状に関する情報をテンポラリメモリに格納する。ブーリアン演算とは、モデル同士の和・差・積を行う処理でＣＡＤ特有の機能である。
同様に、最小値を取る場合の３次元形状と初期形状との差分を計算し、最小値の場合の３次元形状に関する情報をテンポラリメモリに格納する。
次に、それぞれの差分から求めた３次元形状を、データベース４に格納されているキャビの３次元形状と合わせて同一画面内に表示する。このとき、最大値との差分形状と、最小値との差分形状とを区別して表示する（図８参照）。例えば、最大値との差分の形状（第１差分形状）はハッチングを掛けて表示し、最小値との差分の形状（第２差分形状）は３次元形状を半透明で表現した透過処理を施して表示する。
このステップＳ１１０の処理も、開口部ａ〜ｄの各部に対してそれぞれ実行する。

ステップＳ１１１：
ここでは、使用者が表示された画面を見て、変更したい寸法値を入力する。ただし、任意の値が入力できるのではなく、寸法値変更入力手段１９が、寸法値を変更した場合の形状を確認するための一時的な変更値を、ステップＳ１０９での寸法値変更範囲演算手段１７から出力された結果の寸法値変更範囲内で受け付ける。このとき、寸法変更を行う方法として、例えば、変更範囲外の寸法値が入力されないようにするために、WINDOWSのGUIアプリケーションで用いられるスライドバーを利用してもよい。

スライドバーは、最近のGUIアプリケーションで一般的に利用されるものであり、スライド部の移動によって、変数の中の値を動的に変動させる。図９に示すように、寸法値の変更範囲であるスライドバーの可動域を色等で区別して表示させる。図９では、初期条件で入力した制限値の範囲をスライドバーの最大可動域として表示し、寸法変更範囲演算手段１７で演算した要求性能値範囲内と外とを異なる配色で区別して表示している。このような表示をすれば、要求性能値の変更可能な範囲が明確に理解できる。
また、変更可能範囲の上限，下限を数値表示して、その範囲内の数値を直接入力できるようにしてもよいが、範囲外の数値が入力されたときは、警告表示をする。
なお、ステップＳ１０９で演算した寸法変更範囲を表示する必要のない場合は、ステップＳ１１０を飛ばし、ステップＳ１０９の直後にステップＳ１１１を実行してもよい。

ステップＳ１１２：
ここでは、解析結果補完手段２０が、ステップＳ１０３およびステップＳ１０６での最適化演算過程で得られた解析結果をデータベース４から取り出し、各節点の解および各要素の解において、寸法値変更過程での解の変化を関数により近似する。言いかえれば、任意の寸法値に対する解析結果が得られるようにするために、すでに取得済の複数個の解析結果データを用いて、各解析結果データがその上にのるような近似関数を算出する。
近似関数の算出には、最小二乗法、スプライン補間法、ラグランジュ補間法などを選んで使うこともできる。
データベース４に保存されている解析結果データには、図５に示したように、ソルバーの種類、最適化演算の対象、対象の寸法値および実剛性値や実温度値を取得するための節点解，要素解などのソルバーの結果データが含まれている。
まずこの中で、「ソルバーの種類」および「最適化演算の対象」が同一である解析結果のみを読み出し、最適化演算の「対象の寸法値」の小さい順にソートする（図１０参照）。

次に、実際に解析を実行した各寸法値での結果データから求められた各節点および各要素の数値データ群を元に、寸法値の変化に対する各節点および各要素の近似関数を算出する。この処理は、全節点および全要素に対して、節点、要素ごとに行う。図１１に、近似関数の実施例を示す。
図１１に示すように、寸法値に対する解の変化を近似した関数を求めることで、任意の寸法値に対する解を近似計算できるようになる。このように、全節点、全要素の近似関数を演算し、テンポラリメモリに格納する。その後、ステップＳ１１１で入力された任意の寸法値に対して、全節点、全要素の解を演算し、任意の寸法値における近似の解析結果を生成する。以上の処理によって、任意の寸法値に対する解析結果を補完することができる。

また、任意の寸法値における解析結果を補完する方法として、最適化演算対象となった寸法値を既に変更した状態で、他の最適化演算対象の寸法値を変更することを利用することもできる。
図１２に示すように、例えば、ａの寸法値ｄａを変更後、ｂの寸法値ｄｂを変更する場合、図１２（ａ）の寸法値ｄａを変更したことによる解の変化値Ａ１を、寸法値ｄｂの修正前の近似関数の曲線に修正値Ａ１として加える。また、節点番号１での解の変化値は、節点番号１の修正値として利用され、節点番号２での変化値が、節点番号２の修正値として利用される。図１２（ｂ）において破線が修正前の近似関数の曲線で、実線が修正後の近似関数の曲線である。このように相互的に近似関数の曲線を修正することで、複数の寸法値の変更に対しても解析結果を補完することが可能となる。

ステップＳ１１３：
ここでは、解析結果表示手段２１が、ステップＳ１１２で補完した解析結果データを表示する。すなわち、入力された所望の変更寸法値を用いて算出した解析結果データに基づいて、３次元形状モデルに対して、コンターやベクトルなどを用いて形状情報の状態を表示する。この表示は一般的なポストプロセッサで行われている表示処理と同様である。
以上が、この発明の設計支援装置における一連の解析および表示処理である。
本実施例では、ソルバーのタイプとして、構造解析と熱流体解析の２つのソルバーを使用した場合で説明したが、構造解析のみ、もしくは熱流体解析のみでも実施するこができる。
また、前記２つのソルバー以外でも、例えばプロセス解析やデバイス解析においても設計の対象となるパラメータを変更することによって、要求性能値を満足するという手順は同じであるので実施することができる。

この発明の設計支援装置１の構成要素の１つであるコンピュータ装置３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏコントローラ，タイマー等から構成されるマイクロコンピュータによって実現することができる。ここで、マイクロコンピュータは、ＣＰＵ等のハードウェアの他に、これらのハードウェアを動作させて解析処理等を実行するための制御プログラム（設計支援プログラム）を含むものである。すなわち、この発明の解析処理等の機能は、ハードウェアと制御プログラムとが協働することにより実現される。この制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されて提供される。たとえば、ＲＯＭ，ＲＡＭなどの半導体メモリに格納されるが、これに限るものではなく、各種プログラムメディアに格納することもできる。

また、制御プログラムは、ＣＰＵに内蔵し直接アクセスすることができるように構成することもできるが、ＣＰＵがプログラムメディアに格納された制御プログラムをＣＰＵ内の主記憶エリアに読み出し、読み出した制御プログラムに基づいて逐次的に各種処理を実行するようにしてもよい。

ここで、プログラムメディアとは、装置本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、ＦＤやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等の光ディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。また、ＬＡＮやインターネットなどの通信ネットワークを介して他のサーバやパソコン等から制御プログラムをダウンロードするようにしてもよい。この場合、ダウンロード用プログラムは予めコンピュータ装置３に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるようにすればよい。

本発明の設計支援装置は、実施の形態として例示した内部に発熱体を有する筐体のための開口部の設計に利用可能であり、パソコン、ワークステーションなどのコンピュータ機器、エアコン、冷蔵庫などの家電機器をはじめ、その他の工業製品全般の設計に利用することができる。

本発明の実施の一形態に係る設計支援装置の構成を示すブロック図である。 本発明の設計支援装置に適用したテレビの背面キャビの外観図である。 本発明の設計支援装置の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の設計支援装置で取り扱う初期データ内容一覧表である。 本発明の設計支援装置で取り扱う解析結果保存形式を示す表である。 本発明の設計支援装置で取り扱う最適化演算の結果保存形式を示す表である。 本発明の寸法値の変化に対する性能値の変化を示すグラフである。 本発明の設計支援装置の寸法変更範囲表示例を示す図である。 本発明の設計支援装置の寸法値変更スライドバーの例を示す図である。 本発明の設計支援装置の解析結果の読み込み内容を示す表である。 本発明の設計支援装置の解析結果の解の関数近似の例を示すグラフである。 本発明の設計支援装置の解析結果の解の関数近似の例を示すグラフである。

符号の説明

１ 設計支援装置
２ 入力装置
３ コンピュータ装置
４ データベース
５ 表示装置
１１ 製品形状入力手段
１２ 初期条件入力手段
１３ 製品情報記憶手段
１４ 最適化演算手段
１５ 解析実行手段
１６ 最適化演算結果記憶手段
１７ 寸法値変更範囲演算手段
１８ 寸法値変更範囲表示手段
１９ 寸法値変更手段
２０ 解析結果補完手段
２１ 解析結果表示手段

Claims (10)

1. 製品の形状データを入力する製品形状入力手段と、
   解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力手段と、
   前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行手段と、
   前記解析実行手段によって取得された解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を、前記初期条件入力手段によって入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算手段と、
   前記最適化演算手段によって演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算手段と、
   決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示手段とを備えたことを特徴とする設計支援装置。
2. 前記寸法値変更範囲演算手段は、
   初期条件データにより算出された初期形状データＤ１と、前記決定された寸法値変更範囲の上限である最大寸法値を用いて算出された形状データＤ２との差分（Ｄ１−Ｄ２）により求めた第１差分形状と、
   前記初期形状データＤ１と、前記寸法値変更範囲の下限である最小寸法値を用いて算出された形状データＤ３との差分（Ｄ１−Ｄ３）により求めた第２差分形状とを生成し、
   初期形状，第１差分形状および第２差分形状を同一画面に表示できるように形状データを構成することを特徴とする請求項１の設計支援装置。
3. 設計要素ごとに所望の変更寸法値を入力する寸法値変更手段と、
   前記解析実行手段によって取得された既存の解析結果データを用いて、入力された変更寸法値に対する解析結果データを生成する解析結果補完手段と、
   前記寸法値変更範囲内の任意の寸法値に対して生成された解析結果データに基づく形状を表示する解析結果表示手段とを、さらに備えたことを特徴とする請求項１の設計支援装置。
4. 前記解析結果補完手段は、設計要素の複数個の寸法値から求められた既存の複数個の解析結果データを満足するように近似関数を算出し、この近似関数を用いて前記入力された変更寸法値に対応した解析結果データを生成することを特徴とする請求項３の設計支援装置。
5. 製品の形状データを入力する製品形状入力ステップと、
   解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力ステップと、
   前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行ステップと、
   前記解析実行ステップによって取得された解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算ステップと、
   前記演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算ステップと、
   決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示ステップとを備えたことを特徴とする設計支援方法。
6. 前記寸法値変更範囲演算ステップは、
   初期条件データにより算出された初期形状データＤ１と、前記決定された寸法値変更範囲の上限である最大寸法値を用いて算出された形状データＤ２との差分（Ｄ１−Ｄ２）により求めた第１差分形状と、
   前記初期形状データＤ１と、前記寸法値変更範囲の下限である最小寸法値を用いて算出された形状データＤ３との差分（Ｄ１−Ｄ３）により求めた第２差分形状とを生成し、
   初期形状，第１差分形状および第２差分形状を同一画面に表示できるように形状データを構成する処理をさらに行うことを特徴とする請求項５の設計支援方法。
7. 前記寸法値変更範囲演算ステップの後に、
   設計要素ごとに所望の変更寸法値を入力する寸法値変更ステップと、
   前記解析実行ステップによって取得された既存の解析結果データを用いて、入力された変更寸法値に対する解析結果データを生成する解析結果補完ステップと、
   前記寸法値変更範囲内の任意の寸法値に対して生成された解析結果データに基づく形状を表示する解析結果表示ステップとを、この順にさらに実行することを特徴とする請求項５の設計支援方法。
8. 製品の形状データを入力する製品形状入力機能と、
   解析条件と、設計要素情報と、要求性能値情報とを含む製品の初期条件データを入力する初期条件入力機能と、
   前記入力された形状データと初期条件データとを用いて、製品の構造解析と熱解析の少なくとも一方を実行して解析結果データを取得する解析実行機能と、
   前記解析結果データから製品の実性能値を算出し、その製品の実性能値を前記入力された要求性能値に近づけるように、製品の各設計要素ごとに設計要素の寸法値の最適値を演算する最適化演算機能と、
   前記最適化演算機能によって演算された最適値と前記要求性能値情報とを用いて、要求性能が満足されるように各設計要素の寸法値の変更範囲を決定する寸法値変更範囲演算機能と、
   決定された寸法値の変更範囲を表示する寸法値変更範囲表示機能とを、コンピュータに実現させるための設計支援プログラム。
9. 前記寸法値変更範囲演算機能を実行した後に、設計要素ごとに所望の変更寸法値を入力する寸法値変更機能と、
   前記解析実行機能によって取得された既存の解析結果データを用いて、入力された変更寸法値に対する解析結果データを生成する解析結果補完機能と、
   前記寸法値変更範囲内の任意の寸法値に対して生成された解析結果データに基づく形状を表示する解析結果表示機能とを、さらにコンピュータに実現させるための請求項８の設計支援プログラム。
10. 前記請求項８または９のいずれかの設計支援プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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