JP2012003426A - 設計支援装置および設計支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設計検証を効率よく行うことができ、また多様な設計検証項目に対応できる設計支援装置を提供する。
【解決手段】設計支援装置の実施形態は、装置内の各部品の３次元形状データおよび各部品の３次元配置データが部品データとして部品毎に保存される部品データベースと、複数の検証項目が保存可能なデータベースであって、前記検証項目毎に、検証対象となる第１の部品と第２の部品との間の最短の部品間距離を定義する情報と、前記部品間距離の検証に用いる判定基準とが保存される設計基準データベースと、前記部品間距離を定義する情報に基づいて、前記第１の部品と前記第２の部品の夫々の部品データを前記部品データベースから抽出し、抽出した前記夫々の部品データから前記部品間距離を前記検証項目毎に求める距離算出部と、求めた前記部品間距離が前記判定基準を満たすか否かを前記検証項目毎に判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３次元機構設計を支援する設計支援装置および設計支援方法に関する。

近年、自動車や電子機器等の装置の機構設計では、３次元ＣＡＤが広く利用されている。３次元ＣＡＤでは、装置内で使用する各種部品の形状や寸法等がデータベースとして保存されており、例えば、設計者がデータベースから各部品のデータ取り出して装置内の各所に配置して設計を進めていく。

設計の途中段階において、配置したそれぞれの部品が互いに接触していないか（干渉していないか）どうかの判定は、重要な設計検証項目のひとつである。この設計検証を確実に行うため、例えば、特許文献１には、多数の部品間における干渉チェックを漏れなく効率よく行う技術が開示されている。

特開２００９−８６８６４号公報

周知のとおり、今日の電子機器、例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータ等の小型電子機器では部品の小型化と共に、部品の高密度実装化がますます進められてきている。そして、部品の高密度実装化に伴って機構設計に関する設計検証項目も多様化し、単なる部品間の干渉の有無判定では不十分となってきている。また、設計検証に要する時間やコストも増加してきている。

例えば、設計した部品配置等が設計基準を満たしているか否かを判断するために２部品間の距離を測定する場合、従来は、まず作成した３次元データを読み込んで画面に表示させ、検証したい箇所を目視で探して特定する手法が一般的であった。検証したい箇所が３次元データの外部に露出する場合はそのまま距離を測定することができる。しかしながら、検証したい箇所が３次元データの内部にある場合は、その箇所を含む２次元断面図を３次元データから作成し、その断面上において手動で距離を測定する必要がある。そして、測定した距離が設計基準を満たしているかどうかを判定する。検証箇所の特定から、距離の測定、設計基準に基づく判定までの一連の作業を、総ての検証対象箇所が網羅されるまで繰り返す。このように、従来の３次元ＣＡＤ（設計支援装置）を使用した設計検証では、多くの時間と労力を費やしていた。

そこで、設計検証を効率よく行うことができ、また多様な設計検証項目に対応できる設計支援装置および設計支援方法が求められている。

設計支援装置の一実施形態は、装置内の各部品の３次元形状データおよび各部品の３次元配置データが部品データとして部品毎に保存される部品データベースと、複数の検証項目が保存可能なデータベースであって、前記検証項目毎に、検証対象となる第１の部品と第２の部品との間の最短の部品間距離を定義する情報と、前記部品間距離の検証に用いる判定基準とが保存される設計基準データベースと、前記部品間距離を定義する情報に基づいて、前記第１の部品と前記第２の部品の夫々の部品データを前記部品データベースから抽出し、抽出した前記夫々の部品データから前記部品間距離を前記検証項目毎に求める距離算出部と、求めた前記部品間距離が前記判定基準を満たすか否かを前記検証項目毎に判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

実施形態に係る設計支援装置の構成例を示す図。 従来の検証方法の例を説明する図。 本実施形態に係る部品間距離検証方法の一例を示すフローチャート。 設計基準データベースに保存される設計基準データの概念図。 判定結果の第１の表示例を示す図。 判定結果の第２の表示例を示す図。 検証対象となる部品配置の一例を示す図。 設計基準データの選択画面、変更画面の表示例を示す図。

本発明の実施形態に係る設計支援装置１および設計支援方法について、添付図面を参照して説明する。

図１は、設計支援装置１の構成例を示すブロック図である。設計支援装置１は、パーソナルコンピュータ等で構成されるクライアント２、及びデータベース３を有している。

クライアント２は、例えばキーボードやマウス等からなる入力部２１、ディスプレイパネル等を有する表示部２２、ＨＤＤ等からなる記憶部２４、ＣＰＵ（プロセッサ）（図示せず）等を備えて構成される計算機である。ＣＰＵはＣＡＤアプリケーションソフトウェア２３を実行することができ、本実施形態に係る設計支援装置１では、後述する検証項目選択部２５、距離算出部２６、および判定部２７の各機能をＣＡＤアプリケーションソフトウェア２３で実現可能に構成されている。

データベース３は、その細部構成として、設計基準データベース３１、部品データベース３２、及び判定結果データベース３３を有している。

図１に示す構成では、クライアント２とデータベース３とが別構成となっており、データベース３に対して複数のクライアント２からアクセスすることができるが、データベース３の機能をクライアント２内部の記憶部２４に持たせてもよい。

一般に、ＣＡＤアプリケーションソフトウェア２３を使用する機構設計では、電子機器等の装置内で使用する部品の形状等に関する部品データを予め部品データベース３２に登録しておき、部品データベース３２から適宜必要な部品データを読み出して装置内の適宜の位置に配置していく。また、部品の支持部材や部品の一部或いは全部を収納するケース等の装置固有の部品の機構設計もＣＡＤアプリケーションソフトウェア２３を利用して行われる。配置設計の終わった部品の配置データや、支持部材やケース等の形状データは再度部品データベース３２に保存される。

高密度実装設計では、部品間の距離が短くなるだけでなく、部品の配置も立体的に行われるため、部品間の干渉の有無を設計後、或いは設計途中段階で検証することが非常に重要である。また、単に部品間の干渉の有無を検証するだけでなく、部品間距離が所定の設計基準に合致しているか否かを検証することも重要である。例えば、スイッチのように動きのある部品では、周囲の部品との間の最短距離が動きの考慮された値となっているか否かを検証する必要がある。また、ねじとボスを配置するような場合には、所定のねじ込み量が確保されるような配置となっているか否かを十分に検証する必要がある。

図２は、従来のＣＡＤアプリケーションソフトウェアを使用した検証作業の一例を示す図である。図２（ａ）は電子機器のＣＡＤデータの一部を模式的に示す上面図であり、本例では、板状の部品Ｃの一部に板状の部品Ｂが重ねられ、さらにその上から部品Ａが部品Ｂを貫通して配置されている。部品Ｃは、例えばボス部を有する印刷基板であり、部品Ａはネジである。

部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃ間の距離を検証しようとしても、図２（ａ）の上面図だけでは検証できない。そこで、従来は図２（ｃ）に示すようなフローで検証を行っていた。まず、検証箇所を特定し、図２（ｂ）に示すような２次元断面Ｘ−Ｘ’を表示させる。そして、検証すべき距離をマニュアルで測定する。例えば、距離測定箇所１を測定する場合には、部品Ａの先端面をポインタ等で選択し、その後部品Ｃの内部底面を選択して２つの面間の距離を表示させて測定する。また、距離測定箇所２を測定する場合には、部品Ｂの裏面と部品Ｃのボス部の上面をポインタ等で選択して、２つの面間の距離を測定する。このように、従来のＣＡＤアプリケーションソフトウェアでの検証作業は多くの時間と労力をようしていた。

これに対して、本実施形態に係る設計支援装置１では、大幅な自動化を図ることによって部品間距離の検証作業の効率化を実現している。

図３は、本実施形態に係る設計支援装置１で行われる部品間距離の検証方法の一例を示すフローチャートである。この検証方法の特徴の１つは、設計基準データベースと呼ぶデータベースを予め準備しておき、この設計基準データベースに基づいて検証手順を自動的に進めると共に、この設計基準データベースに記述される判定基準に基づいて自動的に部品間距離の良否判定を行っている点である。

まず、ステップＳＴ１で、データベース３の設計基準データベース３１から検証項目選択部２５が設計基準データを読み込む。設計基準データは、後述するように、ユーザが本設計支援装置１を使用して作成し設計基準データベース３１に登録することが可能であり、また、設計基準データベース３１から読み込んだ設計基準データを変更することも可能である。

図４は、設計基準データの一例を示す図である。設計基準データは、複数の検証項目を記述しており、検証項目毎に、検証の対象となる２つの部品（第１の部品と第２の部品）の間の最短の部品間距離を定義する情報と、部品間距離の検証に用いる判定基準を少なくとも記述している。図４の例では、検証項目１の部品間距離を定義する情報として、「部品Ａ（ねじ）先端面と部品Ｃ（ボス）内部底面との最短距離」と規定しており、検証項目１の判定基準として、「４ｍｍ以上」と規定している。検証項目２の部品間距離を定義する情報として、「部品Ｂ（基板）裏面と部品Ｃ（ボス）上面との最短距離」と規定しており、検証項目２の判定基準として、「０．０５ｍｍ以下」と規定している。

部品間距離を定義する情報として、図４に示す例では、部品Ａ（ねじ）の先端面、部品Ｃ（ボス）内部底面というように、２つの部品の夫々に対して、部品表面の特定の部位を規定している。特定の部位とは、特定の点、特定のエッジ、特定の面等である。

この他、２つの部品の何れか一方、あるいは双方に対して、特定の部位を規定せず、単に、「部品Ａと部品Ｂの最短距離」といった規定や、部品Ａの特定の部位と部品Ｂの最短距離」といった規定もできる。

また、２つの部品のうち、第１の部品が同じ３次元形状の部品で、同じ平面上の異なる位置に多数配置される部品（例えば同じ型名のネジ）であり、第２の部品が、ねじが配置される平面と平行な底板であるような場合、それぞれのネジに対して個別に検証項目を設定するのではなく、１つの検証項目として１つの部品間距離を定義することもできる。例えば、「型名Ａのネジと底板との最短距離」といった部品間距離の定義をすることもできる。この場合、型名Ａのネジが多数ある場合でも、１つの検証項目の設定ですむため、検証項目の入力や変更作業が楽になる。

さらに、本実施形態に係る設計支援装置１では、判定基準の設定方法に多様性を持たせている。２つの部品間の干渉有無の判定を行うだけであれば、２つの部品間の距離が所定の基準値「以上」か否かの判定で十分である。これに対して本実施形態では、部品間距離が、１）所定の設計基準値以上である、２）所定の設計基準値以下である、３）所定の設計基準値未満である、４）所定の設計基準値を超える、５）所定の設計基準値と同値である、６）所定の設計基準範囲内である、の中から判定基準をユーザが設定できるようにしている。この結果、単に部品間干渉の有無判定だけでなく、ネジのねじ込み量の検証や、ある部品がケースの側壁から１０ｍｍから１３ｍｍの範囲内に配置されていること検証する、といった様々な種類の設計検証が可能となる。

図３に戻って、ステップＳＴ２では、設計基準データの検証項目毎に、該当する２つの部品の部品データを部品データベース３２から抽出して読み込む。この読み込みは距離算出部２６が行う。読み込む部品データは、該当する部品の形状データや配置データである。ステップＳＴ３では、距離算出部２６が、読み込んだ部品データから２つの部品間の距離を求める。

２つの部品間距離が夫々の部品表面の特定の部位で定義されている場合は、定義されている特定の部位間の距離を形状データや配置データとから算出できる。一方、２つの部品間の距離が「部品Ａと部品Ｂの最短距離」のように定義されている場合には、夫々の部品の形状データと配置データを用いて部品Ａの表面と部品Ｂの表面の全体を検索し、最も近接する部位を夫々特定して、最近接部位間の距離を算出する。

総ての検証項目に対して部品間距離が求められるまでステップＳＴ２からステップＳＴ３までの処理を繰り返す。総ての検証項目に対して部品間距離が求められると（ステップＳＴ４のＹＥＳ）、ステップＳＴ５にて、検証項目毎に、判定基準に基づいて部品間距離の良否判定を行う。この判定は、判定部２７が行う。そして、ステップＳＴ６で判定結果を表示部２２に表示する。

本実施形態に係る設計支援装置１では、表示部２２に設計対象の装置内の各部品の形状と配置を３次元画像または２次元画像として表示するとき、判定基準を満たさないと判定された部品のみを表示し、判定基準を満たす部品に関しては自動的に消去して非表示としている。

今日の電子機器では、多数の小型部品が立体的に重なり合って高密度で実装されているため、判定基準を満たさないと判定された部品を確認するためには、周囲の部品画像を消去する必要がある。しかしながら、従来のＣＡＤアプリケーションソフトウェアでは、不要な部品の画像を消去する場合、その部品を１つずつ指定して消去しなければならなかった。これに対して、本実施形態に係る設計支援装置１では、判定基準を満たさないと判定された部品のみが表示されるため、ユーザ（設計者）は、極めて効率的に必要とする画像（設計変更しなければならない部品の画像）を確認することができる。

図５は、判定結果の第１の表示例を示す図である。図５に示す例では、部品（ねじ）Ａと部品Ｂの部品間距離が判定基準を満たさないと判定され、部品（ねじ）Ａと部品Ｂのみが表示されている。

図５に示すように、本実施形態に係る設計支援装置１では単に２つの部品の画像が表示されるだけでなく、判定基準を満たさなかった特定の部位をハイライト表示している。図５の例では、部品（ねじ）Ａの先端面と部品Ｂのエッジとの間の距離が判定基準を満たさなかったため、これら２つの部位がハイライト表示されている。ハイライト表示によって、設計者はどの部位とどの部位との距離が判定基準を満たしていないかを瞬時に確認することができる。

さらに、図５に示すように、本実施形態に係る設計支援装置１では、ハイライト表示された２つの部位間を矢印で結ぶと共に、２つの部位間の距離を数値で表示している。これらの表示によって、設計者は定量的な情報も得ることができる。また、図５の画面例のようにエラーメッセージを表示してもよい。

図６は、判定結果の第２の表示例を示す図である。判定基準を満たさないと判定された部品のみを表示するとしても、複数の検証項目において判定基準を満たさなかった場合、表示される部品数は多くなる。そこで、本実施形態に係る設計支援装置１では、図６に示すように、判定基準を満たさなかった検証項目を部品画像に並べて、例えばツリー状に表示するようにしている。図６（ａ）では、判定基準を満たさなかった総ての部品（この例では、部品Ａ、部品Ｂ、部品Ｃ）の画像を表示している。ここで、検証項目１の結果１をポインタ等で選択すると、図６（ｂ）の画面に移行する。図６（ｂ）では、検証項目１に該当する部品Ａと部品Ｃのみが表示され、判定基準を満たさなかった部品Ａ（ねじ）先端面と部品Ｃ（ボス）の内部底面とが矢印で結ばれ、その距離も数値表示される。一方、検証項目２の結果２を選択すると、図６（ｃ）の画面に移行する。図６（ｃ）では、検証項目２に該当する部品Ｂと部品Ｃのみが表示され、判定基準を満たさなかった部品Ｂ（基板）裏面と部品Ｃ（ボス）の上面とが矢印で結ばれ、その距離も数値表示される。

このように、判定基準を満たさなかった部品が多数ある場合でも、各検証項目の結果をツリー表示の中から選択することによって、該当する２部品を容易に特定することが可能となり、それらの部品中の該当する部位や距離を視認容易に確認することができる。

判定結果は、設計途中の成果物として判定結果データベース３３に保存することができる（図３のステップＳＴ７）。設計当事者、或いは他の設計者は、いつでもこの判定結果を判定結果データベース３３から呼び出して、過去の設計事例として役立てることができる。

ところで、前述したように、設計基準データベース３１の内容は、クライアント２で作成可能であり、また編集可能である。

図７は、部品配置の他の例を示す図である。図７に例示するように、３つの部品（部品Ｄ、部品Ｅ、部品Ｆ）に対して、５の部品間距離（部品間距離１〜部品間距離５）を規定する５つの検証項目（検証項目１〜検証項目５）が記述された設計基準データが予め作成され、設計基準データベース３１に保存されているものとする。

図８は、この設計基準データを設計基準データベース３１から読み出して、クライアント２の表示部２２に表示させた画面例を示す。

この画面では、「検証項目」欄と「部品間距離を定義する情報」欄の間に、「チェック」欄が設けられている。所望の検証項目の「チェック」欄にチェックマーク（黒丸印）を付すことによって実行される検証項目が選択される。つまり、図３のステップＳＴ２以降の処理は選択された検証項目に対してのみ実行されることになる。

また、特定の検証項目欄を、例えばダブルクリックすることよって図８下部に示す詳細設定画面が開き、その検証項目に該当する判定基準が表示される。この判定基準は、ユーザによって変更可能であり、変更された判定基準で検証項目を実行することができると共に、変更後の判定基準を設計基準データベース３１に保存することもできる。判定基準の演算子としては、例えば、「以上」、「以下」、「＝」、「＞」、「＜」、「範囲」の中から選択することができ、上述したように、多様な判定基準の設定を可能としている。また、判定の基準値の数値も変更することができる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る設計支援装置１、および設計支援方法によれば、部品間距離に関する設計検証を効率よく行うことができ、また多様な設計検証項目に対応できる。

なお、本発明は上記の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１ 設計支援装置
２ クライアント
２２ 表示部
２５ 検証項目選択部
２６ 距離算出部
２７ 判定部
３１ 設計基準データベース
３２ 部品データベース
３３ 判定結果データベース

設計支援装置の一実施形態は、装置内の各部品の３次元形状データおよび各部品の３次元配置データが部品データとして部品毎に保存される部品データベースと、複数の検証項目が保存可能なデータベースであって、前記検証項目毎に、検証対象となる第１の部品と第２の部品との間の最短の部品間距離を定義する情報と、前記部品間距離の検証に用いる判定基準とが保存される設計基準データベースと、前記部品間距離を定義する情報に基づいて、前記第１の部品と前記第２の部品の夫々の部品データを前記部品データベースから抽出し、抽出した前記夫々の部品データから前記部品間距離を前記検証項目毎に求める距離算出部と、求めた前記部品間距離が前記判定基準を満たすか否かを前記検証項目毎に判定する判定部と、前記判定部で判定された結果を表示する表示部と、を備え、前記部品間距離を定義する情報は、前記第１の部品の表面の特定の点、特定のエッジ、または特定の面と、前記第２の部品の表面の特定の点、特定のエッジ、または特定の面との間の最短距離を指定する情報であり、前記表示部は、前記装置内の各部品の形状及び配置を表示する３次元画像または２次元画像において、前記判定基準を満たさないと判定された前記第１、第２の部品のみを表示し、それ以外の部品は非表示とし、前記判定基準を満たさないと判定された前記第１、第２の部品の前記特定の点、特定のエッジ、または特定の面を夫々ハイライト表示する、ことを特徴とする。

Claims (12)

1. 装置内の各部品の３次元形状データおよび各部品の３次元配置データが部品データとして部品毎に保存される部品データベースと、
   複数の検証項目が保存可能なデータベースであって、前記検証項目毎に、検証対象となる第１の部品と第２の部品との間の最短の部品間距離を定義する情報と、前記部品間距離の検証に用いる判定基準とが保存される設計基準データベースと、
   前記部品間距離を定義する情報に基づいて、前記第１の部品と前記第２の部品の夫々の部品データを前記部品データベースから抽出し、抽出した前記夫々の部品データから前記部品間距離を前記検証項目毎に求める距離算出部と、
   求めた前記部品間距離が前記判定基準を満たすか否かを前記検証項目毎に判定する判定部と、
   を備えたことを特徴とする設計支援装置。
2. 前記部品間距離を定義する情報は、前記第１の部品の表面の特定の部位と、前記第２の部品の表面の特定の部位との間の最短距離を指定する情報である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
3. 前記第１、及び前記第２の部品の夫々において、前記特定の部位は、特定の点、特定のエッジ、または特定の面、である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の設計支援装置。
4. 前記第１、第２の部品のいずれか一方の部品として、同じ３次元形状を有し、かつ異なる位置に配置される同種複数の部品を定義することができる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
5. 前記設計基準データベースには、前記判定基準として、前記部品間距離が、１）所定の設計基準値以上である、２）所定の設計基準値以下である、３）所定の設計基準値未満である、４）所定の設計基準値を超える、５）所定の設計基準値と同値である、または６）所定の設計基準範囲内である、の中の何れか１つを選択的に保存することができる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
6. 前記判定部で判定された結果を表示する表示部、をさらに備え、
   前記表示部は、前記装置内の各部品の形状及び配置を表示する３次元画像または２次元画像において、前記判定基準を満たさないと判定された前記第１、第２の部品のみを表示し、それ以外の部品は非表示とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
7. 前記部品間距離を定義する情報は、前記第１の部品の表面の特定の点、特定のエッジ、または特定の面と、前記第２の部品の表面の特定の点、特定のエッジ、または特定の面との間の最短距離を指定する情報であり、
   前記表示部は、前記判定基準を満たさないと判定された前記第１、第２の部品の前記特定の点、特定のエッジ、または特定の面を夫々ハイライト表示する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の設計支援装置。
8. 前記表示部は、前記第１、第２の部品にそれぞれハイライト表示された位置を結ぶ矢印と、前記求めた部品間距離を示す数値とをさらに表示する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の設計支援装置。
9. 前記表示部は、
   前記部品間距離が前記判定基準を満たさないと判定された前記検証項目が複数ある場合、それら複数の検証項目をポインタで指定可能に表示する一方、前記ポインタで指定された検証項目に該当する前記第１、第２の部品のみを表示する、
   ことを特徴とする請求項６から８の何れか１つに記載の設計支援装置。
10. 前記判定部で判定された結果を保存する記憶部、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
11. 前記設計基準データベースに保存される前記複数の検証項目の中から指定に応じて検証項目を選択する検証項目選択部、をさらに備え、
    前記距離算出部は、前記選択された評価項目毎に前記部品間距離を判定し、
    前記判定部は、前記選択された評価項目毎に判定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の設計支援装置。
12. 部品データベースに、装置内の各部品の３次元形状データおよび各部品の３次元配置データを部品データとして部品毎に保存し、
    複数の検証項目が保存可能な設計基準データベースに、前記検証項目毎に、検証対象となる第１の部品と第２の部品との間の最短の部品間距離を定義する情報と、前記部品間距離の検証に用いる判定基準とを保存し、
    前記部品間距離を定義する情報に基づいて、前記第１の部品と前記第２の部品の夫々の部品データを前記部品データベースから抽出し、抽出した前記夫々の部品データから前記部品間距離を前記検証項目毎に求め、
    求めた前記部品間距離が前記判定基準を満たすか否かを前記検証項目毎に判定する、
    ことを特徴とする設計支援方法。

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