JP2006302154A - 設計支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】
短時間で目的の計算機能を選択でき、短時間で設計変数を評価できる設計支援システムを提供する。
【解決手段】
設計支援システム１の計算ツール２は、計算機能の特徴を格納した公式キーワード部を備え、目的の計算機能をキーワードを指定して検索する手段を備え、計算機能の一覧と計算機能の呼びだし手段を備えて構成される。また、目的の計算結果を得るための１つの設計変数を、反復計算により求める手段と、ある範囲を持つ２つの設計変数による計算結果の値の分布をグラフ表示することにより、適切な設計変数を求める手段を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機械構造物・建築物などの設計者が、設計対象の構造・建築物の強度、振動、熱・流体などの設計計算に使用する設計支援システムについての、計算機能の検索手段および設計変数の評価手段に関する。

製品の設計初期に使用材料や各部の寸法などの仕様を検討する際には、対象の構造を単純な形状にモデル化し、簡易計算による評価が行なわれることが多い。このような設計計算を効率的に行なうためのツールとして設計支援システムが用いられる。設計支援システムには、設計に用いる計算公式や有限要素法などの解析ソフトを用いて計算する機能を持つものがある。また、材料の物理的性質や機械的性質を収録した材料データベースを持つものがある。

特許文献１には、設計変数を変化することにより性能が変化する設計対象物に関し、一定の評価基準に従って複数の設計変数の中から特定の設計変数を決定する設計変数最適化システムにおいて、前記複数の設計変数それぞれを用いた場合における前記設計対象物に関する解析を行うとともに、前記解析の結果に基づいて前記複数の設計変数それぞれを用いた場合における前記設計対象物の性能を評価する性能評価値を算出する性能評価手段と、前記性能評価算出手段によって算出された複数の性能評価値それぞれと前記一定の評価基準とに基づいて、前記複数の設計変数の中から前記特定の設計変数を決定する設計変数決定手段と、前記性能評価値の算出に必要とされる時間の終了時刻と前記解析の終了時刻と前記解析の終了時刻とが一定の関係を満たすように、前記性能評価値算出手段における前記解析の終了時刻を決定する解析終了時刻決定手段とを備える設計変数最適化システムが記載されている。
特許文献２には、機能検査実行装置が記載さている。

特開２００１−３４４２９０号公報 特開平８−１５２９８７号公報

従来の設計支援システムでは、以下に示すような課題を有していた。
材料力学、振動工学、伝熱工学などの技術分野の文献には、様々な計算対象における多くの計算公式が掲載されている。そのため、設計支援システムの計算ツールには、文献から引用された多数の計算公式による計算機能が収録されている。特に、複数の技術分野を対象にした計算ツールでは、非常に多くの計算機能が収録されている。このような、多くの計算機能の中から目的の計算機能を探し出すために、技術分野や計算対象の形状などで分類した階層化メニューを用いて計算公式の選択を容易にしているものがある。しかし、円管などの形状に対して、熱と応力などの複数の技術分野にまたがった計算を行なうためには、それぞれの技術分野のメニュー階層に移動して、目的の形状の中から計算機能を探す必要がある。また、各階層にも目的の計算に関係ない複数の計算機能が表示されるため、目的の計算機能を探すのに時間を要する。

目的の計算機能が見つかると、計算条件を入力して計算を行なう。例えば、材料力学の計算機能では、計算条件として構造物の寸法、機械的性質などの材料データ、荷重などを計算条件として入力する。そして、計算を実行すると、構造物に生じる変形や応力などが計算結果として出力される。
製品の設計時には、計算結果の応力値などが設計基準の範囲内にあるかを調べることが多い。計算結果の値が設計基準を満たしていない場合には、寸法や材料の種類を変更するなどして、計算を繰返し行い設計基準の範囲に収まるような条件を探す作業が行なわれる。この作業は、設計変数を変更ながら繰返し計算を行なうため、多くの手間と時間を要する。また、２つの設計変数を同時に変更しながら設計変数を探す場合には、更に多くの時間を要するという問題がある。

本発明の目的は、機械・建築関係の設計支援システムにおいて、目的の計算機能を容易に探し出す手段を持ち、目的の計算結果を得るための設計変数を容易に導く手段を持つ設計支援システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、計算機能の検索手段、設計変数の評価手段を備えている。
計算機能の検索手段としては、計算機能の機能名称と計算機能の説明文と計算機能を実行するためのプログラムの参照アドレスをインデックスで管理するデータベーステーブルを備え、計算機能の技術分野と形状分類と入力データと計算結果の項目を前記インデックスに対応させて管理するデータベーステーブルを備え、前記項目を複数選択して検索する検索手段を備え、検索された前記インデックスの論理積を求める手段を備え、求められた前記インデックスの前記機能名称と前記説明文と前記参照アドレスに制御を移すための実行ボタンを一覧で表示する手段を備えたことを特徴としている。

設計変数の評価手段としては、計算結果を得るために複数の入力データを入力する計算ツールに関し、目的の計算結果の値を得るための入力データの値を決定する処理で、１つの入力データの値を変化させる場合において、前記目的の計算結果の値を入力する手段と、変化させる前記入力データを指定する手段と、その他の入力データを入力する手段と、反復計算により計算結果を得るための前記入力データを求める手段と、求められた前記入力データを表示する手段を備えたことを特徴としている。

具体的には、本発明は、複数の計算機能を有する設計支援システムにおいて、計算機能の機能名称と計算機能の説明文と計算機能を実行するためのプログラムの参照アドレスをインデックスで管理するデータベーステーブルを備え、計算機能の技術分野と形状分類と入力データと計算結果の項目を前記インデックスに対応させて管理する他のデータベーステーブルを備え、前記項目を複数選択して検索する検索手段を備え、検索された前記インデックスの論理積を求める手段を備え、前記インデックスの論理積に該当する１つまたは複数の前記機能名称と前記説明文と実行指令手段を一覧で表示する第１の画面表示手段と、前記実行指令手段から該当の実行指令がなされると、計算公式表示手段、および該計算公式によって計算を行うための入力データ手段および入力データ手段へのデータの入力による計算結果を表示する計算結果表示手段を一覧で表示する第２の画面表示手段を備える設計支援システムを提供する。

上述する設計支援システムは、第２の画面表示手段は、計算公式表示手段と共に該計算公式が適用される設計図面を表示する設計図面表示手段を一組として表示することを特徴とする。

本発明は各計算機能に対応する、技術分野項目、計算対象の形状項目、データ入力項目、計算結果項目を記憶し、各項目を選択した検索を行なえるようにすることにより、多くの計算機能の中から目的の計算機能を容易に探し出しことができる。また、ある計算結果を満足するための１つの設計変数の値を反復計算により求めることができる。更に、２つの設計変数の値の範囲を指定し、設計変数の値の範囲の組合せの自動計算を行い、計算結果を設計変数と対応させた表で表示することにより、設計仕様を満足する計算結果となる設計変数を判断することができる。

設計支援システムの計算ツールは、材料力学、振動工学、伝熱工学、流体力学などの複数の技術分野の計算機能で構成する。材料データベースは、機械的性質、物理的性質、各種材料試験データなどを収録する。計算ツールの計算機能は、計算機能と関連する項目を一覧から選択して検索できるように構成する。計算ツールは、設計仕様を満足する計算結果をとなる設計変数を、反復計算などにより求めることができるように構成する。

本発明の実施例である設計支援システムは、計算機能の機能名称と計算機能の説明文と計算機能を実行するためのプログラムの参照アドレスをインデックスで管理するデータベーステーブルを備え、計算機能の技術分野と形状分類と入力データと計算結果の項目を前記インデックスに対応させて管理する他のデータベーステーブルを備え、前記項目を複数選択して検索する検索手段を備え、検索された前記インデックスの論理積を求める手段を備え、前記インデックスの論理積に該当する１つまたは複数の前記機能名称と前記説明文と実行指令手段を一覧で表示する第１の画面表示手段と、前記実行指令手段から該当の実行指令がなされると、計算公式表示手段、および該計算公式によって計算を行うための入力データ手段、および入力データ手段へのデータの入力による計算結果を表示する計算結果を一覧で表示する手段、および１つの設計変数を評価する機能の実行指令手段、および２つの設計変数を評価する機能の実行指令手段を一覧で表示する第２の画面表示手段を表示する。

前記１つの設計変数を評価する機能の実行指令手段から実行指令がなされると、１つの設計変数を評価する手段を有し、前記計算公式による目標値を入力する目標値入力手段、設計変数の値を入力する設計変数値入力手段を表示する第３の画面表示手段を表示する。

前記２つの設計変数を評価する機能の実行指令手段から実行指令がなされると、２つの設計変数を評価する手段を有し、２つの入力データを選択する入力データ選択手段と、２つの入力データ値を変化させる範囲を入力する手段と、前記２つの入力データの値の範囲から均等または不均等間隔でN個の値を取得する手段と、取得した値の全ての組合せのペアを作成する手段と、全ての組合せの入力データで計算を実行する手段と、２つの入力データを縦横の軸に配置した表の升目に計算結果の値の大きさを色別で表示する手段を備える。

以下、本発明における一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の設計支援システムを示す構成図である。設計支援システム１は、計算ツール２と材料データベース３で構成される。計算ツール２は、公式計算プログラム４、公式キーワード部５、前処理・後処理プログラム６、解析ソフト７で構成される。公式計算プログラム４は、材料力学、振動工学、伝熱工学、流体力学などの複数の技術分野の計算公式を用いた計算を実行する機能を備えている。公式計算プログラム４は、多くの計算公式による計算機能を備えているため、目的の計算公式を検索するための公式キーワード部５を備えている。また、計算公式では困難な条件の計算を行なうために、解析ソフト７を使用した計算を行なう機能を備えている。前処理・後処理プログラム６は、利用者が入力した計算条件を用いて、解析ソフト７の入力ファイルの作成、解析ソフト７の実行を行う。そして、計算結果ファイルを読み込み、計算結果を表示する機能を備えている。材料データベース３は、物理的性質データ部８、機械的性質データ部９、材料試験データ部１０を備えており、設計計算や強度評価などに必要な材料データを取得することができる。また、計算ツール２の計算条件入力画面から材料データベース３を呼び出し、取得した材料データを計算ツール２の入力データとして取り込むことができる。

図２は、設計支援システム１の提供方法を示すブロック図である。本システムの提供方法としては、図２（ａ）に示すように、インターネット２０に接続したサーバ・コンピュータ２１上に、WWWサーバ２２を介して動作するように構成した設計支援システム１を配置する方法と、図２（ｂ）に示すように、コンピュータ２３上で単独で動作するように構成した設計支援システム１を配置する方法がある。図２（ａ）の方法は、利用者のコンピュータ２４のWWWブラウザ２５から、インターネット２０を介して、サーバコンピュータ２１のWWWサーバ２２にアクセスする。次に、ユーザ認証部２６でユーザ認証を行ない、設計支援システム１を利用する。図２（ｂ）の方法は、コンピュータ２３に設計支援システム１をインストールして利用する。

図３は、公式計算プログラム４の計算機能を、技術分野、形状で分類したツリー３０である。従来技術では、目的の計算機能を探しやすいように、計算機能のメニューをツリー３０で分類して表示していた。ツリー３０からわかるように、公式計算プログラム４は、複数の技術分野と複数の形状について、複数の計算機能を備えているため、非常に多くの計算機能を有している。また、各計算機能には、入力データおよび計算結果の複数の項目がある。そのため、ツリー構造のメニューから目的の計算結果を得るための計算機能を探し出すのには時間を要する。

図４は、公式キーワード部５のデータ形式を示している。公式キーワード部５は、計算機能テーブル４０、技術分野テーブル４１、形状テーブル４２、入力データテーブル４３、計算結果テーブル４４で構成されている。計算機能テーブル４０は、各計算機能に対応するインデックスを格納するインデックス部４５、計算機能の名称を格納する計算機能名称部４６、公式計算プログラム４の計算機能への参照アドレスを格納する参照アドレス部４７、計算機能の説明文を格納する説明文部４８を備えている。技術分野テーブル４１には、計算機能の技術分野の分類データを計算機能テーブル４０のインデックス部４５に対応させて保持している。形状テーブル４２には、計算機能の形状分類のデータを計算機能テーブル４０のインデックス部４５に対応させて保持している。入力データテーブル４３には、計算機能の入力データの項目を計算機能テーブル４０のインデックス部４５に対応させて保持している。計算結果テーブル４４には、計算機能の計算結果の項目を計算機能テーブル４０のインデックス部４５に対応させて保持している。

図５は、計算機能の検索手段の表示画面を示す図である。検索画面５０は、公式キーワード部５の技術分野、形状、入力データ、計算結果に収録されている項目を表示している。また、表示されている項目は、複数選択できるように構成されている。利用者は、この画面から検索したい計算機能に関する項目を選択ボタン（手段）５１により必要な個数を選択し、検索実行ボタン（手段）５２を選択することにより、目的の計算機能を検索することができる。検索実行ボタン（手段）５２が選択されると、公式計算プログラム４は、公式キーワード部５の技術分野テーブル４１、形状テーブル４２、入力データテーブル４３、計算結果テーブル４４の各テーブルについて、選択された項目と合致するインデックスのリストを作成する。次に、各テーブルのインデックスリストの論理積を求める。ここで求められた論理積のインデックスのリストには、選択ボタン（手段）５１で選択した項目に全て合致したインデックスが格納されている。次に、計算機能テーブル４０のインデックス部４５から、このリストと合致するデータを検索し、検索結果リスト５３を表示する。検索結果リスト５３には、計算機能テーブル４０から取得した計算機能名称５４、計算機能説明５５、計算機能への参照アドレスを用いて計算機能を呼び出す計算機能表示ボタン（手段）５６を表示する。これにより、検索結果リスト５３から目的の計算機能を容易に呼び出すことができる。例えば、計算機能名称５４から「球の圧力」を選択し、計算機表示ボタン５６を押すと図６に示す球の圧力を求める計算公式および当該計算公式が適用される状態を示す図が表示される。そして、当該公式を適用するに際して入力データ欄が入力エリア６１として表示される。計算画面６４には、以上のように計算公式を６０の表示手段、これと一組としての設計図面６０Ａの表示手段、入力データエリア６１、計算結果エリア６３、設計変数の評価ボタン６５、６６が設けられている。更に図６について説明する。

図６は、１パラメータ変数評価手段の表示画面を示す図である。利用者は、計算公式６０の計算に必要な入力データを入力エリア６１に入力する。このときに、材料データ検索ボタン（手段）７２を選択すると、材料データベース３の画面が表示され、検索した材料データを入力エリア６１に取り込むことができる。次に、計算実行ボタン（手段）６２を選択すると、公式計算プログラム４により画面表示された計算公式６０の計算が行なわれ、計算結果エリア６３に計算結果が表示される。しかし、ある値の計算結果を得るために、ある１つの入力データの値を調整する場合には、計算結果の値を確認しながら、入力データの変更と計算実行を繰返し行う必要がある。本評価手段では、指定した計算結果の値を得るための入力データの値を、容易に得ることができるようにする。本評価手段の処理を、図７のフローチャートに従って説明する。まず、ステップ１００で、図６（ａ）の計算画面６４を表示する。利用者は、全ての入力データを入力エリア６１に入力し、１変数評価ボタン（手段）６５を選択する。すると、ステップ１０１に進み、図６（ｂ）に示す１変数評価画面６７を表示する。利用者は、得たい計算結果の値、すなわち計算公式を採用したときの目標値（設計目標値）を計算結果指定エリア（手段）６８に入力し（例えば１５００）、変更したい入力データを設計変数リスト６９から選択する。次に、計算実行ボタン（手段）７０を選択すると、ステップ１０２に進み、指定された計算結果を得るための入力データを、二分法などによる反復計算で探索する。反復計算が終了すると、ステップ１０３に進み、設計変数が求まったかを判定する。設計変数が求まらなかった場合は、ステップ１０４に進み、エラーメッセージを表示する。設計変数が求まった場合は、ステップ１０５に進み、設計変数表示エリア７１に値を表示する。

図８は、２パラメータ変数評価手段の表示画面を示す図である。本評価手段の処理を、図９のフローチャートに従って説明する。まず、ステップ２００で、図６（ａ）の計算画面６４を表示する。利用者は、全ての入力データを入力エリア６１に入力し、２変数評価ボタン（手段）６６を選択する。次に、ステップ２０１に進み、図８に示す２変数評価画面８０を表示する。利用者は、値を変更する２つの設計変数を設計変数リスト８１から選択する。また、設計変数の取り得る値の範囲を、最小値（手段）エリア８２と最大値エリア（手段）８３に設定して表作成ボタン（手段）８４を選択する。次に、ステップ２０２に進み、２つの設計変数の値の範囲から均等間隔でＮ個の値を取得する。例えば、１５から２０の値の範囲から１０個の値を取得すると、15.0、15.56、16.11、16.67、17.22、17.78、18.33、18.88、19.44、20.0になる。本実施例では、１０個の値を取得する例で以下に説明する。次に、ステップ２０３に進み、２つの設計変数の値を用いて全ての組合せにおける値のペアを作成する。これにより、１０×１０で１００個の値のペアを得ることができる。次に、ステップ２０４に進み、１００個の値のペアを用いた計算公式６０の計算を自動計算する。全ての計算が終了すると、ステップ２０５に進み、２つの設計変数の値の範囲を縦軸と横軸に割り当てた、設計変数評価表８５を表示する。この表の升目８６には、計算結果の値の大きさを色分けして示している。また、色分けの凡例８７を表示しているため、得たい計算結果に該当する升目８６を、升目８６の色で容易に判断することができる。また、その計算結果を得るための、設計変数のペアは設計変数評価表８５の縦軸・横軸の値により容易に得ることができる。升目８６を選択すると、該当する縦軸・横軸の設計変数の値と計算結果の値を、升目データ表示エリア（手段）８８に表示する。設計変数評価表８５、色分けの凡例８７および升目データ表示エリア８８によって設計変数評価画面８９が形成される。図８にあっては１つの表示画面９０に２変数評価画面８０および設計変数評価画面８９が表示されているが、別の表示方式をしてもよい。これにより、目的の計算結果を得ることができる設計変数のペアを容易に見つけだすことができる。また、設計変数の範囲の分割数を増やすことで、詳細に設計変数の評価を行なうことができる。

この例では、均等関係でN等分しているが不均等分割しても同様に２パラメータ変数評価による表示画面が不均等分割した形で表示することができる。この例の場合は、特に詳細に求めたい領域について細かく分割すると利点がある。

本発明における実施形態の設計支援システムを示す構成図である。 同実施形態におけるシステムの提供方法を示すブロック図である。 従来技術における公式計算プログラムの構成を示すツリー図である。 同実施形態における公式キーワード部のデータ形式を示す図である。 同実施形態における公式計算プログラムの検索手段の表示画面を示す図である。 同実施形態における１パラメータ変数評価手段の表示画面を示す図である。 同実施形態における１パラメータ変数評価手段のフローを示す図である。 同実施形態における２パラメータ変数評価手段の表示画面を示す図である。 同実施形態における２パラメータ変数評価手段のフローを示す図である。

符号の説明

１…設計支援システム、２…計算ツール、３…材料データベース、
４…公式計算プログラム、５…公式キーワード部、６…前処理・後処理プログラム、
７…解析ソフト、８…物理的性質データ部、９…機械的性質データ部、
１０…材料試験データ部、２０…インターネット、２１…サーバ・コンピュータ、
２２…ＷＷＷサーバ、２３、２４…コンピュータ、２５…ＷＷＷブラウザ、
２６…ユーザ認証部、３０…ツリー、４０…計算機能テーブル、
４１…技術分野テーブル、４２…形状テーブル、４３…入力データテーブル、
４４…計算結果テーブル、４５…インデックス部、４６…計算機能名称部、
４７…参照アドレス部、４８…説明文部、５０…検索画面、５１…選択ボタン、
５２…検索実行ボタン、５３…検索結果リスト、５４…計算機能名称、
５５…計算機能説明、５６…計算機能表示ボタン、６０…計算公式、
６１…入力エリア、６２、７０…計算実行ボタン、６３…計算結果エリア、
６４…計算画面、６５…１変数評価ボタン、６６…２変数評価ボタン、
６７…１変数評価画面、６８…計算結果指定エリア、６９、８１…設計変数リスト、
７１…設計変数表示エリア、７２…材料データ検索ボタン、８０…２変数評価画面、
８０…２変数評価画面、８２…最小値エリア、８３…最大値エリア、
８４…表作成ボタン、８９…設計変数評価画面、９０…表示画面。

Claims (5)

1. 複数の計算機能を有する設計支援システムにおいて、計算機能の機能名称と計算機能の説明文と計算機能を実行するためのプログラムの参照アドレスをインデックスで管理するデータベーステーブルを備え、計算機能の技術分野と形状分類と入力データと計算結果の項目を前記インデックスに対応させて管理する他のデータベーステーブルを備え、前記項目を複数選択して検索する検索手段を備え、検索された前記インデックスの論理積を求める手段を備え、前記インデックスの論理積に該当する１つまたは複数の前記機能名称と前記説明文と実行指令手段を一覧で表示する第１の画面表示手段と、前記実行指令手段から該当の実行指令がなされると、計算公式表示手段、および該計算公式によって計算を行うための入力データ手段および入力データ手段へのデータの入力による計算結果を表示する計算結果表示手段を一覧で表示する第２の画面表示手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
2. 請求項１に記載する設計支援システムにおいて、第２の画面表示手段は、計算公式表示手段と共に該計算公式が適用される設計図面を表示する設計図面表示手段を一組として表示することを特徴とする設計支援システム。
3. 請求項１に記載の設計支援システムにおいて、第２の画面表示手段は１つの設計変数を評価する手段となる第３の画面表示手段を呼び出す手段を有し、前記計算公式による目標値を入力する目標値入力手段、設計変数の値を入力する設計変数値入力手段を表示する前記第３の画面表示手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
4. 請求項１に記載する設計計算システムにおいて、第２の画面表示手段は２つの設計変数を評価する手段となる第４の画面表示手段を呼び出す手段を有し、評価対象の設計変数となる２つの入力データを選択する設計変数選択手段と、２つの入力データの値の範囲から均等または不均等間隔でN個の値を取得する手段と、取得した値の全ての組合せのペアを作成する手段と、全ての組合せの入力データで計算を実行する手段と、２つの入力データを縦横の軸に配置した表の升目に計算結果の値の大きさを色別で表示する手段を表示する前記第４の画面表示手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
5. 請求項４に記載の設計支援システムにおいて、表の升目を選択する升目選択手段を備え、升目を選択すると対応する２つの入力データの値と、計算結果の値を表示する手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
   

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