JP2006235753A

JP2006235753A - 設計支援方法

Info

Publication number: JP2006235753A
Application number: JP2005046204A
Authority: JP
Inventors: Shigeyoshi Yamamoto; 慈喜山本; Masaya Imada; 匡哉今田; Masabumi Sakurai; 正文桜井; Hisashi Masaki; 久正木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】製造性の評価を含めた製品の設計作業をより短期間化すること。
【解決手段】型内に材料を注入して半加工品を作成し、当該半加工品に機械加工を施してなる加工品の設計を支援する設計支援方法において、前記加工品の３次元形状を示す加工品情報を作成する第１作成工程（Ｓ１０１）と、前記加工品情報に基づいて、前記半加工品の３次元形状を示す半加工品情報を作成する第２作成工程（Ｓ３０１）と、前記半加工品情報に基づいて、前記半加工品の製造性解析を行う工程（Ｓ３０３）と、前記製造性解析の結果に基づいて前記加工品情報を修正し、新たな前記加工品情報を作成する第３作成工程（Ｓ１０２）と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋳造品に代表されるように、型内に材料を注入して半加工品を作成し、当該半加工品に機械加工を施してなる加工品の設計を支援する技術に関するものである。

鋳造品に代表される製品の設計においては、まず、設計部門が、目的とする機能性を満たすように製品の設計を行い、その後、設計部門の設計による製品の試作品を生産部門が作製してその製造性を評価する。試作品の製造性に不都合があれば、設計部門が先の設計の見直しを図り、生産部門が再度試作品を作成してその製造性を評価する。つまり、設計部門による設計→生産部門による試作品の作製・製造性評価→設計部門による設計変更、という手順が繰り返されることになる。

試作品の作製にはある程度詳細な設計図が必要となり、上記の手順が繰り返されると設計部門はその都度設計図をおこす必要がある。また、生産部門にとっても、設計変更の度に試作品を作製し、製造性を評価する必要がある。従って、全体として設計作業が長期化する傾向にある。一方、ＣＡＤ・ＣＡＭ技術の発達により、従来の２次元モデルによる設計から３次元モデルによる設計が可能となり、また、ＣＡＥにより３次元モデルに基づく各種の評価も可能となっている。そこで、設計部門における設計作業の効率化を図るべく、このような３次元モデルに基づく設計システムを導入することも提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−９２０４２号公報

しかし、特許文献１に代表される従来の設計手順では、製造性の評価については各設計単位で試作品を作製して評価し、不都合があれば設計変更となる。従って、設計部門における設計作業の短縮化が見込めても、やはり全体として見れば設計作業が長期化する。

従って、本発明の目的は、製造性の評価を含めた製品の設計作業をより短期間化することにある。

本発明によれば、型内に材料を注入して半加工品を作成し、当該半加工品に機械加工を施してなる加工品の設計を支援する設計支援方法において、前記加工品の３次元形状を示す加工品情報を作成する第１作成工程と、前記加工品情報に基づいて、前記半加工品の３次元形状を示す半加工品情報を作成する第２作成工程と、前記半加工品情報に基づいて、前記半加工品の製造性解析を行う工程と、前記製造性解析の結果に基づいて前記加工品情報を修正し、新たな前記加工品情報を作成する第３作成工程と、を備えたことを特徴とする設計支援方法が提供される。

この方法によれば、前記半加工品について、前記半加工品情報に基づく製造性解析を行うことで、製造性の評価を行うことができ、製造性の要件を折り込んだ前記加工品の３次元形状の設計が短期間で可能となる。従って、本発明は製造性の評価を含めた製品の設計作業をより短期間化することができる。また、製造性の評価を含めた製品の設計ができるため、設計後の試作品の作製回数を極力少ないものにできる。

本発明においては、更に、前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する工程を備えることもできる。

この構成によれば、当該新たな半加工品情報を前記半加工品の型を作製するための基礎情報として利用でき、製品の生産準備作業をより短期間化することができる。

また、本発明においては、更に、前記第３作成工程で作成された前記加工品情報に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する第４作成工程と、前記第４作成工程で作成された前記半加工品情報に基づいて、前記半加工品の製造性解析を行う工程と、前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記加工品情報を作成する第５作成工程と、を備えることもできる。

この構成によれば、前記製造性解析の結果に基づく前記加工品情報から新たな前記半加工品情報を作成し、更に、新たな前記半加工品情報に基づき前記半加工品の製造性解析を行って前記加工品情報を作成することで、より精度の高い製造性の要件を折り込んだ前記加工品の３次元形状の設計が可能となる。また、製品（加工品）の設計後の試作品の作製回数をより少ないものにできる。

また、本発明においては、更に、前記第４作成工程で作成された前記半加工品情報に基づく、前記半加工品の前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する工程を備えることもできる。

この構成によれば、当該新たな半加工品情報を前記半加工品の型を作製するための加工情報として利用でき、製品の生産準備作業をより短期間化することができる。

また、本発明においては、前記半加工品が鋳造品であり、前記製造性解析が鋳造性解析であってもよい。本発明は上記の通り製品の設計作業をより短期間化できるので、製造性の要件が複雑化する傾向にある鋳造品の設計に特に好適である。

以上述べた通り、本発明によれば、製造性の評価を含めた製品の設計作業をより短期間化することができる。

図１は本発明の設計支援方法を実行可能なコンピュータシステムＡのブロック図である。コンピュータシステムＡは設計部門の担当者が利用する複数のＰＣ１と、生産部門の担当者が利用する複数のＰＣ２と、サーバ３と、を備え、これらはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）を介して通信可能に接続されている。各ＰＣ１及び２には、３次元形状モデル（ここではソリッドモデル）を作成可能な公知のＣＡＤプログラムや、当該ＣＡＤプログラムにより作成された３次元形状モデルに対して各種のシュミレーション解析等を行う公知のＣＡＥプログラムがインストールされている。サーバ３にはハードディスク等の記憶手段によりデータベース（ＤＢ）３ａが構築されており、ＤＢ３ａには上記の３次元形状モデルが蓄積され、一元的に管理される。設計部門と生産部門とで３次元形状モデルを一元管理することができ、両者で別々にモデル設計・解析をする場合と比べて工程がダブルことを防止し、一連の作業の短期間化を図れる。

図２はコンピュータシステムＡを用いて実行される本発明の一実施形態に係る設計支援方法の説明図である。ここでは、鋳造品の設計に該設計支援方法を適用した場合を例に挙げて説明し、金型等の鋳型内に溶湯を注入して作成される鋳造物である半加工品を素材と呼び、当該素材にドリル加工、研削加工等の機械加工を施してなる加工品を製品と呼ぶ。図２において、上段は設計部門の担当者が実行する手順（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）、下段は生産部門の担当者が実行する手順（Ｓ２０１〜Ｓ２０４及びＳ３０１〜Ｓ３０７）、をそれぞれ示す。本実施形態では、設計部門の作業と生産部門の作業とを直列的な流れとせず、並列的な流れとすることで一連の作業の短縮化を図れる。

図２を参照して、Ｓ１０１では設計部門の担当者がＰＣ１のＣＡＤプログラムにより、製品の３次元形状モデル（以下製品モデルという）の作成と、その機能性評価と、を行う。図３は製品モデル等の例を示す図である。同図において、製品モデル１１は、エンジンのシリンダブロックの３次元形状モデルを例示している。製品モデル１１を作成するにあたっては、まず、製品の外形状を示す外形モデル１２が作成される。そして、抜き型のモデルが作成される。図３では抜き型として中子の３次元形状モデルである中子モデル１３ａ乃至１３ｃを例示しており、中子モデル１３ａはクランクケース中子を、中子モデル１３ｂはオイルリターン中子を、中子モデル１３ｃはウォータージャケット中子を示している。

外形モデル１２から各中子モデル１３ａ乃至１３ｃをＣＡＤプログラム上でカットすることで、素材の３次元形状モデル（以下素材モデルという）１４が作成される。更に、素材に対して施される機械加工の３次元形状モデル（素材から取り除かれる部分の３次元形状モデル）を示す加工モデル１５が作成され、素材モデル１４から加工モデル１５をＣＡＤプログラム上でカットすることで、製品モデル１１が得られることになる。

製品モデル１１には、これに組みつけられる他の部品のモデルが仮想的に組みつけられ、その機能性を解析して評価される。機能性の解析には例えば、主に材料力学的な解析を行う有限要素解析プログラムや、部品間の干渉をチェックするデジタルプリアッセンブリレイアウトチェックプログラム等が用いられる。機能性の評価の結果、目的とする機能性が得られている場合は、製品モデル１１、中子モデル１３ａ乃至１３ｃ、及び、加工モデル１５を１次モデルとしてその情報をＤＢ３ａに保存する。

次に、Ｓ２０１では生産部門の担当者が型割検討を行う。ここでは、１次モデルに基づいてその鋳型の型割、中子の型割等を検討する。Ｓ２０２では生産性不成立要件を検討する。ここでは、１次モデルに基づいて鋳造が現実的に不可能な形状が含まれていないか、他の部品の組み付けが現実的に不可能か、或いは、機械加工が現実的に不可能な形状がないか、といった現実の生産上成立しない要件をチェックする。

並行して、Ｓ３０１では生産部門の担当者がＰＣ２を用いてＣＡＤプログラムにより素材モデル１４とその鋳型である金型モデルを作成する。素材モデル１４はＤＢ３ａに保存されている、１次モデルである製品モデル１１に加工モデル１５を付加することで得られる。この素材モデル１４には湯道、湯口などの鋳造方案部形状情報が付加される。金型モデルは、湯道、湯口等が暫定的に規定され、後述する鋳造製解析に必要な範囲で簡略された３次元形状モデルである。作成した素材モデル１４及び金型モデルの情報はＤＢ３ａに保存する。

Ｓ３０２では１次モデルである中子モデル１３ａ乃至１３ｃについて、中子の鋳型内へのセット性や、巾木の位置・大きさ等を検討する。Ｓ３０３ではＳ３０１で作成した素材モデル１４に基づき、ＰＣ２を用いて解析プログラムにより、製造性解析として、その鋳造性解析を行う。鋳造性解析は例えば溶湯の流れ解析、凝固解析等である。解析終了後、その解析結果とＳ３０２の検討結果とを踏まえてＰＣ２を用いてＣＡＤプログラムにより、設計部門に提案する素材モデル１４の修正案を作成し、ＤＢ３ａに保存する。図２においては特に図示していないが、この素材モデル１４の修正案は、素材の型を作製するための基礎情報として利用でき、鋳造金型の製作検討及び準備を早い段階から行うことができて、製品の生産準備作業をより短期間化することができる。

Ｓ１０２では、設計部門の担当者がＳ２０２の検討結果と、Ｓ３０４で作成された修正案と、を検討し、製品モデル１１を修正し、ＰＣ１のＣＡＤプログラムにより新たな製品モデル１１を作成する。この場合、外形モデル１２、中子モデル１３ａ乃至１３ｃ、加工モデル１５の少なくともいずれかが修正されることになる。また、修正後の製品モデル１１についてＳ１０１で説明した機能性評価を行う。この場合の解析はＳ１０１における解析よりもより詳細な解析とすることができる。機能性の評価の結果、目的とする機能性が得られている場合は、新たな製品モデル１１、外形モデル１２、中子モデル１３ａ乃至１３ｃ、及び、加工モデル１５を２次モデルとしてその情報をＤＢ３ａに保存する。この段階で、外形モデル１２は略確定する。また、Ｓ３０３で鋳造性解析が行われ、その内容が２次モデルに反映されるので、製造性の要件を折り込んだ製品の設計が短期間で可能となる。

Ｓ２０３では生産部門の担当者がＳ２０１の検討結果とＳ１０２の２次モデルとに基づいて、ＰＣ２のＣＡＤプログラムにより型割ベース形状の３次元モデル（以下、型割ベースモデルという。）を作成する。作成した型割ベースモデルの情報はＤＢ３ａに保存する。Ｓ２０４では、型割ベース形状の抜け勾配角度・基点・方向等を主に２次モデルの中子モデル１３ａ乃至１３ｃについて検討する。

Ｓ１０３では設計部門の担当者が、Ｓ２０３で作成した型割ベースモデルと、Ｓ２０４の検討結果とに基づいて２次モデルの中子モデル１３ａ乃至１３ｃを修正する。修正はＰＣ１のＣＡＤプログラムを用いて行う。図４は中子モデルの修正手順の説明図である。同図においては説明の便宜上、形状が簡略化された中子モデル２０の修正について説明し、また、中子モデル２０を上下に２分割して修正後の中子モデル２０’を得る場合を想定して下側のモデル２０ｂ’について詳細に述べるが、上側のモデル２０ａ’についても同様である。

まず、中子モデル２０と下側の型割ベースモデル２１とを呼び出し、中子モデル２０の下側の部分を型割ベースモデル２１からカットして、下側の型割モデル２２を作成する。型割モデル２２に対してＳ２０４の検討結果を反映し、抜け勾配等が付与された型割モデル２３を作成する。型割モデル２３のキャビティ部分を反転して下側のモデル２０ｂ’を作成する。同様にして作成された上側のモデル２０ａ’と下側のモデル２０ｂ’とを結合して修正後の中子モデル２０’を作成する。

次に、Ｓ１０４では設計部門の担当者がＰＣ１のＣＡＤプログラムによりＳ１０３で修正した中子モデル１３ａ乃至１３ｃに基づいて修正された製品モデル１１を作成する。そして、修正後の製品モデル１１、中子モデル１３ａ乃至１３ｃを２次モデルの修正バージョンとしてその情報をＤＢ３ａに保存する。この段階で、中子モデル１３ａ乃至１３ｃは略確定する。

Ｓ３０５では、Ｓ３０１と同様に、生産部門の担当者がＰＣ２を用いてＣＡＤプログラムにより素材モデル１４とその鋳型である金型モデルを作成する。素材モデル１４はＤＢ３ａに保存されている、２次モデルの修正バージョンである製品モデル１１に加工モデル１５を付加することで得られる。なお、この素材モデル１４には、湯道、湯口等の鋳造方案部形状情報が付加される。作成した素材モデル１４及び金型モデルの情報はＤＢ３ａに保存する。

Ｓ３０７ではＳ３０５で作成した素材モデル１４に基づき、ＰＣ２を用いて解析プログラムによりその鋳造性解析を行う。鋳造性解析はＳ３０３と同様のものであるが、１次モデルについて既に鋳造性解析を行っているので、Ｓ３０７の鋳造性解析は確認的なものとなる。解析終了後、その解析結果とＳ３０２の検討結果とを踏まえてＰＣ２を用いてＣＡＤプログラムにより、設計部門に提案する素材モデル１４の最終修正案を作成し、ＤＢ３ａに保存する。図２においては特に図示していないが、この素材モデル１４の最終修正案は、素材の型を作製するための具体的な加工情報として利用でき、鋳造金型の製作を早くから行うことができて製品の生産準備作業をより短期間化することができる。

Ｓ１０５では、Ｓ３０６で作成された修正案を検討し、製品モデル１１を修正し、ＰＣ１のＣＡＤプログラムにより新たな製品モデル１１を作成する。この場合も、外形モデル１２、中子モデル１３ａ乃至１３ｃ、加工モデル１５の少なくともいずれかが修正されることになる。また、修正後の製品モデル１１についてＳ１０１、Ｓ１０２で説明した機能性評価を行う。この場合の解析は確認的なものとなる。機能性の評価の結果、目的とする機能性が得られている場合は、新たな製品モデル１１、外形モデル１２、中子モデル１３ａ乃至１３ｃ、及び、加工モデル１５を最終モデルとしてその情報をＤＢ３ａに保存する。この最終モデルは、中子モデルの修正（Ｓ１０３）や再度の鋳造性解析（Ｓ３０７）の結果が反映されるので、より精度の高い製造性の要件を折り込んだ製品の３次元形状の設計が可能となる。

以上によりモデルの設計が終了する。この後、最終モデルに基づいて出図し、試作品を作製する。試作品は作製されるが、その製造性は既にコンピュータ上の解析により実質的に折込済みなので、試作品の作製は極力少ないものとなる。なお、本実施形態では単一のサーバ３を設けているが、これに代えて設計部門と生産部門とにそれぞれのサーバ及びデータベースを設け、更に共通のサーバを設けて各部門で使用するデータベースと共通で使用するデータベースを設けるようにしてもよい。

さて、本実施形態の設計支援方法によれば、製品モデルが１次モデル→２次モデル→最終モデルというように段階を経てより完成度の高いものとなる。１次モデルの作成段階でシミュレーションにより素材の製造性評価を行う（Ｓ３０３）ため、設計内容に早期に製造性の要件が盛り込め、設計部門の作業と生産部門の作業とを並行して行うことができる。このため、製品の設計作業をより短期間化することができると共に、最終的に出図された形状を金型等へ即座に反映することができる。また、モデルがＤＢ３ａにより一元的に管理されるため、設計部門と生産部門との連携を促進し、製品の設計作業を一層短期間化することができる。

本発明の設計支援方法を実行可能なコンピュータシステムＡのブロック図である。図２はコンピュータシステムＡを用いて実行される本発明の一実施形態に係る設計支援方法の説明図である。製品モデル等の例を示す図である。中子モデルの修正手順の説明図である。

符号の説明

Ａコンピュータシステム
１１製品モデル
１２外形モデル
１３ａ乃至１３ｃ中子モデル
１４素材モデル
１５加工モデル

Claims

型内に材料を注入して半加工品を作成し、当該半加工品に機械加工を施してなる加工品の設計を支援する設計支援方法において、
前記加工品の３次元形状を示す加工品情報を作成する第１作成工程と、
前記加工品情報に基づいて、前記半加工品の３次元形状を示す半加工品情報を作成する第２作成工程と、
前記半加工品情報に基づいて、前記半加工品の製造性解析を行う工程と、
前記製造性解析の結果に基づいて前記加工品情報を修正し、新たな前記加工品情報を作成する第３作成工程と、
を備えたことを特徴とする設計支援方法。
更に、
前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の設計支援方法。
更に、
前記第３作成工程で作成された前記加工品情報に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する第４作成工程と、
前記第４作成工程で作成された前記半加工品情報に基づいて、前記半加工品の製造性解析を行う工程と、
前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記加工品情報を作成する第５作成工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の設計支援方法。
更に、前記第４作成工程で作成された前記半加工品情報に基づく、前記半加工品の前記製造性解析の結果に基づいて、新たな前記半加工品情報を作成する工程を備えたことを特徴とする請求項３に記載の設計支援方法。
前記半加工品が鋳造品であり、前記製造性解析が鋳造性解析であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の設計支援方法。