JP2006167766A - プレス成形システム - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス成形品を用いた新製品開発のリードタイムの短縮化などの要請に充分に応えることができるプレス成形システムを提供する。
【解決手段】 最適条件探索部Ｓと、最適条件探索部Ｓにより探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部Ｔとを備えてなるプレス成形システムＰであって、最適条件探索部Ｓが、最適化計算条件設定部１と、最適化計算部２と、最適解出力部３とを備え、最適化計算条件設定部１が、設計変数設定部２１と、目的関数設定部２２と、制約条件設定部２３とを有し、最適化計算部２が、最適化計算実行手段４と、成形シミュレーション手段５と、シミュレーション実行ファイル作成手段６と、シミュレーション応答ファイル作成手段７とを有してなるものである。
【選択図】 図２

Description

本発明はプレス成形システムに関する。さらに詳しくは、最適な成形条件の下でのプレス成形が簡易・迅速になし得るプレス成形システムに関する。

従来より、各種産業においてプレス成形された板材（以下、成形板材という）が利用されている。この成形板材は成形条件が適切でないと、プレス成形の際に割れやしわなどが発生する。この適切な成形条件の探索は、従来、熟練者の勘やトライアンドエラーなどによりなされていた。

しかしながら、製品の多様化、新製品開発のリードタイムの短縮化、超高張力鋼板などの難成形材の導入、コストダウンの観点から多段プレスにおける工程数の削減、成形板材に要求される寸法精度の高精度化などの理由から、前述した従来の手法によっては対処できない場面が多くなってきている。

例えば、高張力鋼板は伸び量が極端に少なく、従来の軟鋼板に比してプレス成形時に割れが発生しやすい。そのため、不具合の出ない成形条件となすために幾度となく、プレス金型の形状修正を繰り返して金型を調整する作業が必要になる。

また、コストダウンの観点より、多段絞り加工においては、その工程数削減や、成形性の悪い安価な鋼板の代用が求められており、プレス成形の難易度が上昇してきている。

そのため、近年、特に自動車製造業を中心に、設定された成形条件による成形結果をコンピュータシミュレーションにより予測することにより、実際に金型等を作成することなく所望の成形結果を得るための成形条件を探索することが求められている（特許文献１、２等参照）。

しかしながら、従来のコンピュータシミュレーションは、任意に設定された条件の下でのシミュレーション結果を出力するだけのものであり、オペレータが自己の経験と勘を頼りに試行錯誤しながら成形条件を調整し、調整された成形条件を用いてシミュレーションを繰り返し実施する必要がある。このため、迅速に最適な成形条件の探索がなし得ず、新製品開発のリードタイムの短縮化などの要請に充分に応えることができていないという問題がある。
特開平１１−３１９９７１号公報 特開２００４−４２０９８号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、プレス成形品を用いた新製品開発のリードタイムの短縮化などの要請に充分に応えることができるプレス成形システムを提供することを目的としている。

本発明のプレス成形システムは、最適条件探索部と、該最適条件探索部により探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部とを備えてなるプレス成形システムであって、前記最適条件探索部が、最適化計算条件設定部と、最適化計算部と、最適解出力部とを備え、前記最適化計算条件設定部が、設計変数設定部と、目的関数設定部と、制約条件設定部とを有し、前記最適化計算部が、最適化計算実行手段と、成形シミュレーション手段と、シミュレーション実行ファイル作成手段と、シミュレーション応答ファイル作成手段とを有してなることを特徴とする。

本発明のプレス成形システムにおいては、前記設計変数設定部が、設計変数を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により設計変数の設定がなされるようにされてなるのが好ましい。

また、本発明のプレス成形システムにおいては、前記目的関数設定部が、目的関数を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により目的関数の設定がなされるようにされてなるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、前記制約条件設定部が、制約条件を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により制約条件の設定がなされるようにされてなるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、設計変数がビードとされ、初期ビードを変形または移動させることにより最適解の探索がなされるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、ビードが等価ドロービードとされてなるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、目的関数が最大板厚とされ、制約条件が最小板厚とされ、前記最大板厚を最小とするよう探索をなすのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、設計変数がトリムラインとされ、該トリムラインがブランクを切り取る機能を有するトリムメッシュをモーフィングすることにより変化させるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、モーフィングが、トリムメッシュの基本形状に対する重み値を変更することによりなされるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス成形システムにおいては、破断の評価が、板厚または成形限界線図によりなされるのが好ましい。

本発明によれば、最適なプレス成形条件が短時間で探索されるので、プレス成形品を用いた新製品開発のリードタイムが短縮されるという優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る板材のプレス成形システムを図１にブロック図で示す。

プレス成形システムＰは、図１に示すように、最適条件探索部Ｓと、最適条件探索部Ｓにより探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部Ｔとを含むものとされる。

最適条件探索部Ｓは、図２に示すように、最適化計算条件設定部１、最適化計算部２および最適解出力部３を備えてなるものとされる。

かかる最適条件探索部Ｓは、例えば図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit: 中央処理装置）１１と、メモリ１２と、キーボード、マウスなどの入力装置１３と、表示装置、プリンタなどの出力装置１４と、ハードディスク・ドライブなどの補助記憶装置１５とを含むコンピュータ１０により構成されており、ＣＰＵ１１が対応するプログラムを実行することによって、最適化計算条件設定部１、最適化計算部２および最適解出力部３それぞれの機能を実現するものとされる。

最適化計算条件設定部１は、図４に示すように、設計変数設定部２１、目的関数設定部２２および制約条件設定部２３を含む。

設計変数設定部２１は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な成形条件のそれぞれについて、予め規定された１または数種類のパラメータｘ_ｉ（i：i＝１，２，・・・，Ｎ）を設計変数としてオペレータにより指定させ、かつその設計変数の上限値および下限値をオペレータに適切に設定させるように支援する機能を有するプログラムモジュールである。

ここで、パラメータｘ_ｉは、各成形条件をいわゆる最適化アルゴリズムの設計変数として最適化することができるように、前記代表的な成形条件のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な成形条件には、図２に示すように、ブランクの外形形状、金型形状、しわ押さえ力、ビード(以下、ドロービードともいう)の位置・形状、金型との摩擦係数、各材料物性値、成形速度、等がある。

また、設計変数設定部２１は、オペレータが設計変数ｘ_ｉの入力を容易になし得るよう各種設定画面Ｕ（図６参照）等を表示する表示手段、例えばＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）としての機能を有する。この表示手段は、設計変数ｘ_ｉの上限および下限の範囲内で図形を変形、例えば拡大・縮小および回転させたり、移動させたりした結果を表示する機能も有する。このことは、以下の表示手段においても同様とされる。

目的関数設定部２２は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な設計目標のそれぞれについて、予め規定された数種類のパラメータＦ_０(ｘ)の内の一つをオペレータにより目的関数として指定させ、かつその評価対象範囲をオペレータに適切に設定させるよう支援する機能を有するプログラムモジュールである。

ここで、パラメータＦ_０(ｘ)は、所定の成形条件によるシミュレーションの応答を評価して最適化アルゴリズムにより最適解の探索ができるように、前記代表的な設計目標のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な設計目標には、図２に示すように、廃棄面積の評価、成形品外形線の侵入量の評価、最小板厚の評価、割れの有無の評価、破断危険度の評価、理想形状との差異の評価、しわの有無の評価、成形荷重の評価、等がある。

また、目的関数設定部２２は、オペレータが目的関数Ｆ_０(ｘ)の入力を容易になし得るよう各種設定画面を表示する表示手段、例えばＧＵＩとしての機能を有する。

制約条件設定部２３は、板プレス成形において頻繁に利用される代表的な制約条件、つまり所定の設計目標を達成するに際して守られるべき条件のそれぞれについて、１または数種類のパラメータＦ_ｊ(ｘ)を制約条件としてオペレータにより指定させ、かつその条件値をオペレータに適切に設定させるように支援する機能を有するプログラムモジュールである。ここで、パラメータＦ_ｊ(ｘ)は、所定の成形条件によるシミュレーションの応答を評価して最適化アルゴリズムにより最適解の探索ができるように、前記代表的な制約条件のそれぞれに対応して予め規定されるものとされる。なお、そのような代表的な制約条件には、図２に示すように、廃棄面積の評価、成形品外形線の侵入量の評価、最小板厚の評価、割れの有無の評価、破断危険度の評価、理想形状との差異の評価、しわの有無の評価、成形荷重の評価、等がある。

また、制約条件設定部２３は、オペレータが制約条件Ｆ_ｊ(ｘ)についての入力を容易になし得るよう各種設定画面を表示する表示手段、例えばＧＵＩとしての機能を有する。

以下、ビードの配置、形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Ｓの各部の機能を説明する。

ビードは、図５に示すように、しわの発生につながる材料の過剰な型内への流入を抑えるために、ダイフェイスに設けられる突条である。すなわち、しわを防ぐためには、ブランクに適当なストレッチを与える必要があり、ブランクホルダーで適当なしわ押さえ圧をかけながらビードにより引抜き抵抗を増大させ、これによりブランクを保持する。このとき、不十分な引抜き抵抗ではしわの発生を防げない一方、抵抗が大きすぎるとブランクが破断する。

このため、ビードの配置、形状を適切なものにする必要性は高い。最適化アルゴリズムを用いてコンピュータシミュレーションにより適切なビードの配置、形状を求める場合には、公知ではないが、ビードの配置、形状を最適化対象の成形条件（設計変数）として設定し、しわを発生させないこと、もしくはしわが発生する確率を可能な限り小さくすることを設計目標（目的関数）として設定し、その設計目標を達成するに際して成形途中で破断を生じさせないこと、もしくは成形品として所定の強度を保持するための板厚の最小値を所定値以上とすることを守るべき条件（制約条件）として設定する方法が考えられる。

ところが、ビードの配置、形状といった複雑な要素を設計変数としてコンピュータシミュレーションによる最適化の枠組みに取り込もうとする場合、形状データという自由度の高いデータを用いて、無限に近い組合わせについて最適化のための繰り返し演算を行う必要があり、そのままでは実用的な時間内に最適解を得ることは不可能である。

そこで、図６に示すように、設計変数設定部２１により、設定画面Ｕにおいて、オペレータが経験値から仮に配置するビード（以下、初期ビードと称する。図中、両端に黒丸を付した線分で示す。）３１をダイフェイス対応部分３２と重ねて描画させ、その変形の態様を指定させ、かつ合理的な変形範囲（合理的の意味については後述する）、つまり変形が変倍である場合の拡大倍率・縮小倍率の上限値・下限値、回転移動の場合の回転角度の上限値・下限値、平行移動の場合の移動方向の最大長さ、ビードの単位長さあたりの引抜抵抗の上限値・下限値、といった各値を入力させる。この入力がなされると、入力された変形の態様に応じたビード変形の様子、つまり変形ビート（図中、単なる線分で示す。）が画面Ｕに重ねて描画され（図６（ａ）〜（ｅ）参照）、オペレータはその表示された画像を見ながら必要に応じて設定を変更できる。

この場合、拡大倍率・縮小倍率、回転角度、移動量、引抜抵抗が、前記パラメータｘ_ｉに相当するものであり、これによって、設計変数設定部２１においては、設計変数をこれらのパラメータｘ_ｉの中の１または数種類で表すことを可能としている。したがって、ビード形状そのものを設計変数ｘ_ｉとして用いる場合（この場合は、形状データ（メッシュ）の全ての交点（節点）の座標が調整すべき設計変数ｘ_ｉになる）と比較して、計算量が格段に減少し、迅速に最適解を探索することが可能となる。

ここで、ビードの引抜抵抗は、実際には、ビードの断面形状（突出高さ等）およびブランクホルダーのしわ押さえ力といった種々のパラメータに応じて変化するものである。しかしながら、各パラメータを個別に選定して計算すると計算量の増大を招くので、それらのパラメータとの対応関係が既知であるビードによる引抜抵抗というただ一つのパラメータを設計変数ｘ_ｉとして用いるものとしている。また、これにより、ドロービードを単なる直線や曲線(以下、等価ドロービードという)により表すことが可能となる。

図６（ｃ）は、初期ビード３１に対する回転角度の上限値・下限値の設定が不適切な場合であり、ビードの存在範囲がダイフェイス対応部分３２からはみ出している。図６（ｄ）に、図６（ｃ）の部分拡大図を示す。図６（ｅ）は、オペレータが設定画面Ｕを参照しながら適切な上限値・下限値を設定した場合を示す。

このように、オペレータは、設定画面Ｕを参照しながら、あり得ない設計変数ｘ_ｉを排除して、合理的な設計変数ｘ_ｉの上限値・下限値の設定を容易になすことができる。したがって、無用の計算により計算時間が延長されるのを防止できる。

図７に、オペレータが設計変数ｘ_ｉの設定を行うための操作ウインドウの一例を示す。この操作ウインドウ３３は、前記出力装置１４としての表示装置に表示される。

次に、目的関数設定部２２および制約条件設定部２３を説明する。

コンピュータシミュレーションによりしわの発生の可能性を調べる場合は、通常、シミュレーション結果を視認して、しわが発生しないかどうかを判断する必要がある。したがって、そのままでは最適化アルゴリズムを用いて、しわ発生の可能性が小さい最適なビードの配置、形状を自動的に探索することはできない。

そこで、目的関数設定部２２では、成形により板厚が大きくなる箇所にはしわが発生しやすいとの知見に基づき、成形品の最大板厚をしわ評価のための目的関数Ｆ_０(ｘ)として用いるものとされる。すなわち、オペレータは目的関数設定部２２により表示される所定の設定画面により成形品の最大板厚を目的関数Ｆ_０(ｘ)として指定し、その目標（目的関数（最大板厚）を最小とすること）を設定するものとされる。

また、この場合、制約条件設定部２３においては、破断を生じさせないこと、もしくは板厚の最小値を所定値以上とすることが制約条件として設定される。そのような制約条件Ｆ_ｊ(ｘ)として、例えば成形品の最小板厚を用いるものとしてもよいし、ＦＬＤ（成形限界線図）における最大主ひずみ方向における破断限界までのひずみ余裕量を用いるものとしてもよい。

また、目的関数や制約関数の評価対象は必ずしも成形品全体とする必要はなく、その目的に応じて成形品の特定部分に限定することもできる。そして、そのような限定を行うことにより、探索に要する時間を短縮しながら初期の目的が達成される。例えば、プレス成形においては、絞り加工がなされる底部の曲がり部に割れが発生しやすいことが経験則上知られているので、評価対象領域を底部の曲がり部を含む近傍に限定することもできる。

図８に、制約関数としてＦＬＤを用いて底部の曲がり部の割れ評価をなす場合において、かかる限定がなされた評価対象領域を示す。図８（ａ）は、評価をしたい底部の曲がり部が評価対象領域に含まれていない不適切な例を示す。このように、評価を得たい領域が評価対象領域から外れている場合、設定画面Ｕを見ながら評価対象領域を適宜修正し、評価対象領域に底部の曲がり部が含まれるようにする。図８（ｂ）に、かかる修正がなされて評価対象領域に底部の曲がり部が含まれるようになった例を示す。図９に、オペレータが制約関数についてかかる設定を行うための操作ウインドウ３３の一例を示す。

次に、最適化計算部２を説明する。

最適化計算部２は、最適化計算実行手段４と、成形シミュレーション手段５と、シミュレーション実行ファイル作成手段６と、シミュレーション応答ファイル作成手段７とから構成される。

最適化計算実行手段４は、逐次近似応答曲面法に基づくアルゴリズム、逐次修正法に基づくアルゴリズム、高精度・低精度解析モデル併用最適化アルゴリズムといった各種最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムを用いて最適解を探索する処理をＣＰＵ１１に実行させる機能を有するものであり、オペレータが、各最適化アルゴリズムの中でいずれの最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムにより最適解を探索するかを指定できるインタフェースを含む。

例えば、シミュレーションによっては詳細解析が不可欠なものがあり、そのような場合には計算時間が非常に長くなる。そのため、シミュレーションを数十回繰り返す必要のある逐次近似応答曲面法などの最適化アルゴリズムによる最適化計算プログラムをそのようなシミュレーションに適用すると、実用的な時間内に最適解が求められない場合がある。したがって、このような場合には、オペレータは、結果の判断と設計変数ｘ_ｉの修正にオペレータが介入することで繰り返し計算回数を削減できる逐次修正法などの比較的簡易な最適化アルゴリズムによる最適化計算プログラムを選択し、これを用いて最適化を行う。これにより、実用的な時間内で最適解を求めることが可能となる。

また、オペレータは、高精度・低精度解析モデル併用最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムを選択することによって、精度は高いが計算時間の長い高精度モデルと、精度は低いが計算時間の短い低精度モデルとを併用し、高精度モデルの結果に合わせて低精度モデルをチューニングしながら、チューニングされた低精度モデルを主に用いて最適解の探索を行う。これにより、短時間で最適化を行うことが可能となる。

しかして、最適化計算実行手段４は、選択された最適化アルゴリズムに基づく最適化計算プログラムにより、設定された設計変数ｘ_ｉに対する成形シミュレーション手段５の応答である目的関数Ｆ_０(ｘ)および制約条件Ｆ_ｊ(ｘ)を評価し、その評価結果により設計変数ｘ_ｉの探索方向を定め、その定めた探索方向に設計変数ｘ_ｉの値を調節し、値が調節された設計変数ｘ_ｉにより再度シミュレーションを実行するようにシミュレーション実行ファイル作成手段６を介して成形シミュレーション手段５に設計変数ｘ_ｉを出力する、といった手順で最適な設計変数ｘ_ｉを探索する。

成形シミュレーション手段５は、板プレス成形解析ソフトウエア（ソルバーともいう）を備え、成形の対象となるブランクの形状データとその物性値データを用い、設定された金型によりプレス成形を実行した場合の成形結果をシミュレーションにより予測し、出力する機能を有するものである。なお、板プレス成形解析ソフトウエアとしては、ＰＡＭ−ＳＴＡＭＰ、ＱＵＩＫ−ＳＴＡＭＰ、ＬＳ−ＤＹＮＡ等がある。

シミュレーション実行ファイル作成手段６は、最適化計算実行手段４により指示された設計変数ｘ_ｉを用いて、成形シミュレーション手段５がシミュレーションを実行できるように、最適化計算実行手段４が出力した設計変数ｘ_ｉに基づき所定のシミュレーション実行ファイルを自動作成する機能を有する。

例えば、シミュレーション実行ファイル作成手段６は、設計変数ｘ_ｉに合わせて等価ドロービードの形状を成形シミュレーション手段５が実行可能な形式に修正し、それをシミュレーション実行ファイルに書き込んでそれを成形シミュレーション手段５に送出したり、設計変数ｘ_ｉ１(重み)に合わせて基本トリムメッシュを変形させてモーフィングトリムメッシュを作成し、そのモーフィングトリムメッシュを設計変数ｘ_ｉ２に合わせて移動、回転、拡大・縮小させて最終トリムメッシュを作成した後にその重なり部分でブランクを切断し、その切断後のブランクを成形シミュレーション手段５が実行可能な形式に修正してシミュレーション実行ファイルに書き込んでそれを成形シミュレーション手段５に送出したりする。なお、重みやトリムメッシュなどについては後述する。

シミュレーション応答ファイル作成手段７は、成形シミュレーション手段５によるシミュレーション結果に基づき、目的関数Ｆ_０(ｘ)および制約条件Ｆ_ｊ(ｘ)を自動計算し、指示された設計変数ｘ_ｉへの応答として最適化計算実行手段４に出力する機能を有する。

なお、板プレス成形解析ソフトウエアについては、前述したように種々のものが市販されているが、シミュレーション実行ファイル作成手段６およびシミュレーション応答ファイル作成手段７を適宜調整することにより、各種ソフトウエアに適用可能である。

以下、図１０および図１１のフローチャートを参照して、ビードの配置、形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Ｓの動作を説明する。図１０は、設計変数設定部２１がＣＰＵ１１に実行させる設計変数ｘ_ｉの設定処理についてのフローチャートである。なお、以下の各ステップは、規定されている複数の成形条件最適化の中から「ビードの最適化」という項目を選択した後に実行される。また、図中、Ｓ１〜Ｓ７はステップ番号を示す。

ステップＳ１：初期ビードを設定する。

ステップＳ２：初期ビードの変形の態様（移動、回転、拡大・縮小）を設定する。なお、ステップＳ１，Ｓ２の手順により、設計変数ｘ_ｉが設定される。

ステップＳ３：変形の態様に応じて、必要とされる諸元を設定する（移動の場合の移動方向、拡大・縮小の場合の基準点、回転の場合の回転中心）。

ステップＳ４：設計変数ｘ_ｉの範囲（移動量、回転角および変倍率の上限値・下限値）を設定する。

ステップＳ５：初期ビードおよびその上限から下限までの変形によるビードの存在範囲を表示する等（前記図６参照）、前記ステップＳ１〜Ｓ４における設定内容が合理的であるか否かをオペレータが視認できるように、設定画面Ｕにおいて設定内容に基づく表示を行う。

図１２にそのような表示の一例を示す。同図（ａ）では、ダイの製品形状対応部分Ｗ１近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードＢ１が表示され、変形が図の横方向の平行移動である場合にその変形範囲（移動量）がオペレータにより合理的に、つまりビードの存在範囲がダイの製品形状対応部分Ｗ１と重なることなく設定された場合が示されている。同図（ｂ）では、ダイの製品形状対応部分Ｗ２近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードＢ２が表示され、変形が点Ｃ１を中心とする回転移動である場合にその変形範囲（回転角度）がオペレータにより合理的に設定された場合が示されている。同図（ｃ）では、ダイの製品形状対応部分Ｗ３近傍のダイフェイス所定位置に初期ビードＢ３が表示され、変形が図の縦方向の拡大・縮小である場合にその変形範囲（倍率）がオペレータにより合理的に設定された場合が示されている。

ステップＳ６：オペレータが設定に不具合があるか否かを前記設定画面の表示により確認した結果に応じて、不具合があれば、ステップＳ４に戻り、不具合がなければ、ステップＳ７に進む。例えば、ビードの存在範囲が成形品対応部分にはみ出していないかなどをオペレータが調べ、不具合があれば設定値の見直しなどを行う。

ステップＳ７：ビードの引抜抵抗の初期値、およびその上限値・下限値を設定する。

図１１は、シミュレーション実行ファイル作成手段６による処理、および成形シミュレーション手段５による処理に関する手順についてのフローチャートである。なお、以下の各ステップ中、シミュレーション実行ファイル作成手段６によりステップＳ１１〜ステップＳ１４が実行され、成形シミュレーション手段５によりステップＳ１５が実行される。また、図中、Ｓ１１〜Ｓ１５はステップ番号を示す。

ステップＳ１１：メモリ１２からシミュレーション実行ファイルを読み込む。

ステップＳ１２：最適化計算実行手段４の出力した設計変数ｘ_ｉに基づき、初期ドロービードを移動、回転、拡大・縮小し、今回のシミュレーションの対象となるドロービードを作成する。

ステップＳ１３：作成されたドロービードをダイフェイス面に投影する。

ステップＳ１４：ドロービードによる引抜抵抗を設計変数ｘ_iに応じて設定する。これにより単なる曲線として表されたドロービードを等価ドロービードとして用い、正確にシミュレーションを実行することが可能となる。得られた等価ドロービードを、成形シミュレーション手段５によるシミュレーションが可能な形式に変更してシミュレーション実行ファイルに書き込む。このシミュレーション実行ファイルは、成形シミュレーション手段５に送出される。

ステップＳ１５：シミュレーションを実行し、その結果を表すファイルをシミュレーション応答ファイル作成手段７に出力する。

図１３に、２本のビードＢ１１、Ｂ１２の配置、形状を最適化する場合を示す。

ここでは、同図（ａ）に示すように、各ビード（初期ビード）Ｂ１１、Ｂ１２の回転角度および引抜抵抗を設計変数ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３としている。同図（ｂ）は、所定の設定変数に対するシミュレーション結果である。ここでは、制約条件（最小板厚）が０．７ｍｍ以上とされ、目的関数が最大板厚とされ、その目標が目的関数（最大板厚）を最小とすることとされている。同図（ｃ）に、設計変数ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３についての設定例および最適解を表により示す。

図１４に、２本のビードの配置、形状の最適化を実施した他の一例を示す。同図（ａ）は、初期ビード（初期値）と最適解に対応する最適ビードを示し、同図（ｂ）は、それぞれの応答（目的関数（最大板厚）、制約条件（最小板厚））を表にしたものである。表より、最大板厚が１．８５４ｍｍから１．５９８ｍｍに減少し、最小板厚が制約条件を満足するようになったのが理解される。

図１５に、図１４の例におけるシミュレーション結果を示す。同図（ａ）は、初期ビード（初期値）のシミュレーション結果であり、同図（ｂ）は、最適解のシミュレーション結果である。ここでは、最小板厚、最大板厚ともに改善が見られる。同図（ｃ）は、図１４（ｂ）と同様の図である。

次に、図１６〜図２３を参照して、ブランク形状を最適化する場合を例に取り最適条件探索部Ｓの動作を説明する。

ブランク形状は、適切なものでないと所望の成形品形状を得られないのは当然のことであるばかりでなく、しわや破断を生じさせる要因となるため、それを適切なものに設定することは重要性が高い。

最適化アルゴリズムを用いてブランク形状を最適化する場合、形状そのものを設計変数ｘ_ｉとして最適化計算を行うことは実用上不可能であるので、どのようなパラメータを設計変数ｘ_ｉとして設定するかが鍵となる。

公知ではないが、基本となるブランク形状を設定し、特にしわ等が発生しそうな部分について、その変形の範囲を設定し、その最内の外形線と最外の外形線との間における変化割合でブランク形状を表すものとし、その変化割合を設計変数ｘ_ｉとして最適化計算を行う方法が考えられる。

ところが、この方法では、図１６（ａ）および（ｃ）に示すように、基本となるブランクＷ２の形状 (図１６（ａ）参照)をモーフィングにより変形する必要が生じる。つまりブランク形状のメッシュの目の間隔を引き延ばしたり、押し縮めたりして、ブランク形状を調節する必要が生じる。ところが、このようにメッシュの目の間隔を変更すると、極端に縦横比の異なる要素やねじれた要素が発生し、極端に計算時間が増大したり、正確なシミュレーションができなくなる場合が生ずる。

したがって、実施形態においては、ブランク自体の形状を変化させる変化割合を設計変数ｘ_ｉとするのではなく、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、ブランクＷ２をモーフィングトリムメッシュの局所外形線Ｌ１でトリムするものとし、モーフィングトリムメッシュの変形割合、つまり局所外形線Ｌ１の変形割合を設計変数ｘ_ｉとして最適化計算を行うものとしている。なお、モーフィングトリムメッシュについては後述する。

具体的には、図１７および図１８に示すように、ブランクＷ３に対して、余分となる部分をカットするためのトリムメッシュＴ３を考える。このトリムメッシュＴ３は、図１７（ａ）に示すように、設定画面ＵにおいてブランクＷ３の近傍に配置され、ブランクＷ３と重なった部分をブランクＷ３から切除する機能を有する形状変更ツールとして構成される。したがって、トリムメッシュＴ３を変形（モーフィングによる）することによって、トリムラインＬ３が変化し、ブランクＷ３の形状を調節することが可能となる。また、このようにすることにより、トリムメッシュＴ３を構成する要素がねじれたりしたとしても、シミュレーションにおいてはトリムラインＬ３しか用いないので、正確なシミュレーションがなし得る。

つまり、トリムメッシュＴ３の基本形状（最小形状、図１７（ｂ）参照）と限界形状（図１８（ｃ）参照）とを設定し、基本形状の重みを値「０」、限界形状の重みを値「１」とし、その重みｘ_ｉ（０≦ｘ_ｉ≦１）を設計変数としてトリムメッシュＴ３の形状、つまりトリムラインＬ３ないしはブランクＷ３の形状を表すものとされる。これにより、ブランクＷ３の形状をそれ自体のモーフィングによらずに、設計変数ｘ_ｉに応じて調節することが可能となるため、最適化アルゴリズムを用いてブランクＷ３の最適な形状を探索することが可能となる。

また、この場合も、設計変数ｘ_ｉの範囲が合理的であるか否か、例えばトリムラインＬ３が成形品対応部分に食い込まないかなどを設定画面Ｕで確認しながら設定を行うことが可能となる。

以下、図１９および図２０のフローチャートを参照して、ブランク形状を最適化する場合を例に、最適条件探索部Ｓの動作を説明する。

図１９は、設計変数設定部２１による処理を示す。なお、以下の各ステップは、規定されている複数の成形条件最適化の中から「ブランクの最適化」という項目を選択した後に実行される。また、図中、Ｓ２１〜Ｓ２６はステップ番号を示す。

ステップＳ２１：初期ブランク形状を設定する。

ステップＳ２２：基本トリムメッシュを設定する。

ステップＳ２３：初期ブランク形状から最大限にブランクを切除するときのトリムメッシュ（限界トリムメッシュ）を前記ステップＳ２２で作成された基本トリムメッシュをモーフィングして変形することにより作成する。トリムメッシュを基本トリムメッシュと限界トリムメッシュとの間で適宜変更してブランクを切除するトリムメッシュ(モーフィングトリムメッシュ)を作成する。この変形割合（重み）が第１の設計変数ｘ_ｉとされる。

ステップＳ２４：ブランクの切除部分をさらに適切にするために必要があれば、モーフィングトリムメッシュを移動、拡大、縮小、回転して、切除するトリムメッシュ（最終トリムメッシュ）を設定する。このときの移動量等が第２の設計変数ｘ_ｉとされる。なお、モーフィングトリムメッシュを移動、拡大、縮小、回転する必要がなければ、前記ステップＳ２３で作成されたモーフィングトリムメッシュが最終トリムメッシュとされる。

ステップＳ２５：最終トリムメッシュの位置、形状が不合理なものとならないかをオペレータに確認させるために、設定画面Ｕに各設計変数ｘ_ｉを０〜１の間で変化させたときの最終トリムメッシュを表示する。

ステップＳ２６：オペレータにより不具合が確認されれば、ステップＳ２２に戻り、不具合がなければ処理を終了する。

図２０は、シミュレーション実行ファイル作成手段６による処理および成形シミュレーション手段５による処理に関する手順についてのフローチャートである。なお、以下のステップ中、シミュレーション実行ファイル作成手段６によりステップＳ３１〜ステップＳ３４が実行され、成形シミュレーション手段５によりステップＳ３５が実行される。図中、Ｓ３１〜Ｓ３５はステップ番号を示す。また、ステップＳ３２およびステップＳ３３は、その順序が入れ替えられてもよい。

ステップＳ３１：メモリ１２からシミュレーション実行ファイルを読み込む。

ステップＳ３２：最適化計算実行手段４の出力した第１の設計変数ｘ_ｉつまり重みを読み出し、その重みに基づき基本トリムメッシュを変形してモーフィングトリムメッシュを作成する。

ステップＳ３３：最適化計算実行手段４の出力した第２の設計変数ｘ_ｉを読み出し、その値（移動量等）に応じてモーフィングトリムメッシュを変形し、最終トリムメッシュを作成する。これによりトリムラインＬ３が決定される。

ステップＳ３４：ブランクと最終トリムメッシュとの重なり部分をブランクＷ３から切除する。これにより、ブランク形状が調節される。

ステップＳ３５：重なり部分が切除されたブランクＷ３を用いてシミュレーションを実行し、その結果を表すファイルをシミュレーション応答ファイル作成手段７に出力する。

図２１に、ブランク形状を最適化した一例を示す。ここでは、同図（ａ）に示すように、設定画面Ｕにおいて、基本トリムメッシュ（重み＝０）が設定され、限界トリムメッシュ（重み＝１）が設定され、重みを０〜１の間で適宜調整し、その調整された重みが第１の設計変数ｘ_１１として設定されこれに応じてブランク形状が調節され、しわ押さえ力（ＢＨＦ）が第２の設計変数ｘ_１２として設定される。同図（ｂ）は、初期解析結果を表し、ここでは、目的関数およびその目標が最小板厚の最大化（破断回避）とされ、制約条件が、最大板厚が所定値以下となること、および製品ラインに評価対象領域内に含まれるフランジラインが侵入しないこととされる。同図（ｃ）に、この例での設計変数ｘ_１１、ｘ_１２の設定および求められた最適解を表にして示す。

図２２に、ブランク形状を最適化した別の一例を示す。同図（ａ）は、初期ブランク、基本トリムメッシュに対応する最大ブランク、限界トリムメッシュに対応する最小ブランク、最適解つまり最終トリムメッシュに対応する最適ブランクを示す。同図（ｂ）は、初期ブランクおよび最適ブランクの全体を示す。同図（ｃ）に、この例での初期ブランク（初期値）および最適解の応答（目的関数（最大板厚）および制約条件（最小板厚））を示す。

図２３に、ブランク形状を最適化した別の一例におけるシミュレーション結果（成形結果）を示す。同図（ａ）は、初期ブランクのシミュレーション結果であり、同図（ｂ）は最適解のシミュレーション結果である。ここでは、最小板厚（目的関数）および最大板厚（制約関数）ともに改善が見られた。同図（ｃ）は、図２２（ｃ）と同様の図である。

本発明は、各種板材のプレス成形に適用できる。

本発明の一実施形態に係るプレス成形システムの全体構成を示すブロック図である。 同プレス成形システムの最適条件探索部の詳細を示すブロック図である。 同最適条件探索部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 最適化計算条件設定部の詳細を示すブロック図である。 プレス機の一例を示す模式図である。 設計変数設定部による設計変数の設定例を示す図である。 オペレータが設計変数の設定を行うための操作ウインドウの一例を示す模式図である。 限定された評価対象領域を示す模式図であって、同(ａ)は限定が不適切な例を示し、同(ｂ)は限定が適切な例を示す。 オペレータが制約関数の設定を行うための操作ウインドウの一例を示す模式図である。 設計変数設定部による設計変数の設定処理についてのフローチャートである。 シミュレーション実行ファイル作成手段および成形シミュレーション部における処理手順についてのフローチャートである。 設計変数設定部による表示の実施例を示す図である。 ２本のビードの配置、形状を最適化した実施例を示す図である。 ２本のビードの配置、形状の最適化を実施した他の実施例を示す図である。 図１４の例におけるシミュレーション結果を示す図である。 ブランク形状を最適化アルゴリズムを用いて最適化するための基本原理を示す図であって、同(ａ)は対象となるブランク形状を示し、同(ｂ)はメッシュでトリムする場合を示し、同(ｃ)はモーフィングで修正する場合を示す。 設計変数設定部によりブランク形状を設計変数として設定するための具体的な設定方法を示す図である。 設計変数設定部によりブランク形状を設計変数として設定するための具体的な設定方法を示す図である。 設計変数設定部による設計変数の設定処理についてのフローチャートである。 シミュレーション実行ファイル作成手段および成形シミュレーション部における処理手順についてのフローチャートである。 ブランク形状を最適化アルゴリズムを用いて最適化した実施例の設定および最適解を示す図である。 ブランク形状を最適化アルゴリズムを用いて最適化した別の実施例の設定および最適解を示す図である。 同実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

Ｐ プレス成形システム
Ｓ 最適条件探索部
Ｔ 最適化処理部
１ 最適化計算条件設定部
２ 最適化計算部
３ 最適解出力部
４ 最適化計算実行手段
５ 成形シミュレーション手段
６ シミュレーション実行ファイル作成手段
７ シミュレーション応答ファイル作成手段
２１ 設計変数設定部
２２ 目的関数設定部
２３ 制約条件設定部

Claims (10)

1. 最適条件探索部と、該最適条件探索部により探索された最適成形条件となるようプレス成形プロセスを最適化する最適化処理部とを備えてなるプレス成形システムであって、
   前記最適条件探索部が、最適化計算条件設定部と、最適化計算部と、最適解出力部とを備え、
   前記最適化計算条件設定部が、設計変数設定部と、目的関数設定部と、制約条件設定部とを有し、
   前記最適化計算部が、最適化計算実行手段と、成形シミュレーション手段と、シミュレーション実行ファイル作成手段と、シミュレーション応答ファイル作成手段とを有してなる
   ことを特徴とするプレス成形システム。
2. 前記設計変数設定部が、設計変数を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により設計変数の設定がなされるようにされてなることを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。
3. 前記目的関数設定部が、目的関数を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により目的関数の設定がなされるようにされてなることを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。
4. 前記制約条件設定部が、制約条件を設定するための画面を表示する表示手段を有し、該表示手段により表示された画面により制約条件の設定がなされるようにされてなることを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。
5. 設計変数がビードとされ、初期ビードを変形または移動させることにより最適解の探索がなされることを特徴とする請求項２記載のプレス成形システム。
6. ビードが、等価ドロービードとされてなることを特徴とする請求項５記載のプレス成形システム。
7. 目的関数が最大板厚とされ、制約条件が最小板厚とされ、前記最大板厚を最小とするよう探索をなすことを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。
8. 設計変数がトリムラインとされ、該トリムラインがブランクを切り取る機能を有するトリムメッシュをモーフィングすることにより変化させることを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。
9. モーフィングが、トリムメッシュの基本形状に対する重み値を変更することによりなされることを特徴とする請求項８記載のプレス成形システム。
10. 破断の評価が、板厚または成形限界線図によりなされることを特徴とする請求項１記載のプレス成形システム。