JP2015111359A - 設計プログラム、設計装置及び設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】解析対象となる構造物の試作又は製造を行わなくとも、構造物を構成する各部品の組み付け位置のバラツキを解析可能とする設計プログラム等を提供する。【解決手段】コンピュータに、過去に製作された部品情報が記憶された部品記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値を取得し、前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得し、取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する処理を実行させる。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の部品を含む構造物の各部品寸法の公差解析の結果を用いた構造物の設計を行う設計プログラム、設計装置及び設計方法に関する。

構造物を構成する各部品の組み付け位置のバラツキを小さくするために、公差解析が用いられている（例えば特許文献１）。
しかしながら、公差解析で検証した最適な寸法公差設定を反映した二次元図面を基に実際に部品を製造しても、製造／加工条件によっては設計ノミナル値（公差中央値）から実際の寸法の分布中央値が外れてしまうことがある。例えば、樹脂の射出成形品では成形条件による出来上がりの寸法のバラツキが大きく、設計ノミナル値（公差中央値）とおりに製造できない場合があり、部品の歩留まりを悪化させていた。歩留まりの悪化は部品の製造コストの増加につながる。

特開２０１３−１９６４０６号公報

一方、各部品の組み付け位置のバラツキを求めるためには、各部品の寸法の実測値データが必要である。そのため、対象となる構造物の試作又は製造を行わなければ、各部品の組み付け位置のバラツキを求めることはできない。よって、各部品の寸法の実測値を得ることなく、各部品の組み付け位置のバラツキを最小にする対策を講じることが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、一つの側面では解析対象となる構造物の試作又は製造を行わなくとも、構造物を構成する各部品の組み付け位置のバラツキを解析可能とする設計プログラム等を提供することにある。

本願に開示する設計プログラムは、コンピュータに、過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値を取得し、前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得し、取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、前記差分が閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する処理を実行させる。

本願の一観点によれば、解析対象となる構造物の試作又は製造を行わなくとも、構造物を構成する各部品の組み付け位置のバラツキを解析することが可能となる。

設計支援システムの概略構成を示す説明図である。 品質予測装置のハードウェアの一構成例を示すブロック図である。 品質予測装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。 類似部品抽出処理の手順を示すフローチャートである。 拘束度の判定アルゴリズムについて、概念的に示した説明図である。 ＣＡＤシステムの形状情報と公差解析システムの定義情報との対応関係を示す説明図である。 定義箇所形状の詳細属性情報の一例を示す説明図である。 判断テーブルの一例を示す説明図である。 相殺処理の手順を示すフローチャートである。 検証箇所を示す説明図である。 ２つの部品を組み合わせる様子を示す説明図である。 一次公差解析の結果より得られた隙間寸法の分布を示すグラフ図である。 公差解析により得た部品の感度及び寄与率を示した感度・寄与率テーブルの一例を示す説明図である。 類似部品の寸法分布及び選択された部品寸法の分布それぞれを示すグラフ図である。 品質悪化懸念が有る場合に表示する警告画面の一例を示す説明図である。 二次公差解析により得た隙間寸法分布図である。 相殺前後の公差分布を示したグラフ図である。 隙間寸法の分布を示したグラフ図である。 検証結果を示す画面表示の一例を示す説明図である。 実施の形態１に係る品質予測装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

以下、本願に開示する設計支援システムを、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、設計支援システムの概略構成を示す説明図である。設計支援システムは、品質予測装置１（設計装置）、ＣＡＤ（Computer Aided Design）システム２、公差解析システム３、部品データベース４（記憶部）、ネットワークＮを含む。品質予測装置１、ＣＡＤシステム２、公差解析システム３、部品データベース４それぞれは、ネットワークＮを介して、他の装置とデータの送受信を行う。品質予測装置１は、過去の部品データを用いて、部品の組み付け位置のバラツキを予測する。ＣＡＤシステム２は、構造物の設計を行うための装置である。公差解析システム３は、公差解析を行う。部品データベース４は、実測値寸法情報、３Ｄモデルライブラリを含む、過去に製造された部品の情報を記憶している。

図２は、品質予測装置１のハードウェアの一構成例を示すブロック図である。品質予測装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、大容量記憶装置１３、入力部１４、出力部１５、通信部１６、読取部１７を含む。これらの各構成は、バスで接続されている。ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラム１Ｐに従いハードウェア各部を制御する。ＲＡＭ１１は、例えばＳＲＡＭ（Static RAM）、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、フラッシュメモリである。ＲＡＭ１１は、ＣＰＵ１０によるプログラムの実行時に発生する種々のデータを一時的に記憶する。大容量記憶装置１３は、例えばハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。大容量記憶装置１３は、種々のデータを記憶する。大容量記憶装置１３は、制御プログラム１Ｐを記憶しても良い。入力部１４は、キーボード、マウス、タッチパネルであり、ユーザが、データ、コマンドを入力する。出力部１５は、表示装置（図示しない）に表示させるデータを出力する。通信部１６は、ネットワークＮを介して、ＣＡＤシステム２、その他のコンピュータと通信する機能を備える。

読取部１７は、ＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭを含む可搬型記憶媒体１ｂを読み取る。ＣＰＵ１０が、読取部１７を介して制御プログラム１Ｐを可搬型記憶媒体１ｂより読み取り、大容量記憶装置１３に記憶することとしても良い。また、ＣＰＵ１０が、ネットワークＮを介して他のコンピュータから制御プログラム１Ｐをダウンロードし、大容量記憶装置１３に記憶しても良い。さらにまた、ＣＰＵ１０が、半導体メモリ１ａから制御プログラム１Ｐを読み込むこととしても良い。

次に品質予測装置１が行う処理について説明する。図３は、品質予測装置１が行う処理の手順を示すフローチャートである。品質予測装置１のＣＰＵ１０は、公差解析システム３に、処理対象である構造物の公差解析（一次公差解析、第１の公差解析）を行わせる（ステップＳ１）。ここでの解析は周知の公差解析であり、対象構造物を構成する各部品の感度（レバー比）及び寄与率並びに検証箇所の寸法（所定箇所寸法）の平均値を、公差解析システム３は算出する。ＣＰＵ１０は、算出された検証箇所の寸法の平均値、感度及び寄与率を、公差解析システム３から取得する（ステップＳ２）。なお、ここで検証箇所とは、構造物の品質を評価するために用いる部分である。ＣＰＵ１０は、検証箇所の寸法が所定の範囲に収まるか否かで品質を満たしているか否かを判定する。検証箇所の一例は、複数の部品間で生ずる隙間である。この場合、検証箇所の寸法（以下、「検証箇所寸法」と記す。）は、隙間の寸法である。

ＣＰＵ１０は算出した感度の値が閾値（例えば：１ｍｍ／ｍｍ）以上である寸法を選択する（ステップＳ３）。以降、所定の閾値以上の感度を持つ寸法を高感度寸法という。ＣＰＵ１０は選択した寸法と類似する部品寸法を、部品データベース４より抽出する（ステップＳ４）。

ＣＰＵ１０は、抽出した類似する部品寸法の実測値の分布を部品データベース４より取得する。すなわち、ＣＰＵ１０は、実測値の平均値と分布偏差（バラツキ）とを取得する。そして、ＣＰＵ１０は、取得した実測値の平均値と、一次公差解析の結果（第１の公差解析計算結果）から取得可能なステップＳ３で選択された高感度寸法の設計値の平均値との差分絶対値Ｘを算出する（ステップＳ５）。差分絶対値とは、２つの値の一方から他方を引いた値の絶対値である。単に差分ともいう。

次に、ＣＰＵ１０は類似する部品寸法が規格外であるか否かを判定する（ステップＳ６）。ＣＰＵ１０は、類似する部品寸法が規格外であるか否かの判定を、次のようにして行う。
一次公差解析で得た検証箇所寸法の平均値をμ、検証箇所寸法の許容値上限をＵ、検証箇所寸法の許容値下限をＬ、検証箇所寸法の偏差をσとする。ステップＳ２で選択した各部品寸法の感度の絶対値をＳとする。以下の式１及び式２の右辺は、検証箇所寸法が目標品質を保てる範囲において、部品寸法のバラツキの許容可能な最大値を示すものである。したがって、
Ｘ≦（［μ−Ｌ］−σ×目標品質σ値）／Ｓ （式１）
が成り立つ場合は、品質悪化の懸念は小さいので、ＣＰＵ１０は寸法規格外ではない（寸法規格内）と判定する。
Ｘ＞（［μ−Ｌ］−σ×目標品質σ値）／Ｓ （式２）
が成り立つ場合は、品質悪化の懸念は大きいので、ＣＰＵ１０は寸法規格外と判定する。なお、目標品質σ値とは、目標品質を、偏差σを用いて表すときの係数の値である。目標品質が３σとするとき、目標品質σ値は３である。

式１及び式２において、［μ−Ｌ］とするのは、平均値μ＜許容値中心Ｍの場合であり、平均値μ≧許容値中心Ｍの場合は、［μ−Ｌ］を［Ｕ−μ］に置き換える。なお、ＭはＵとＬの中央値である。

ＣＰＵ１０は、類似する部品寸法が寸法規格内であると判定した場合（ステップＳ６でＮＯ）、処理をステップＳ１２に移す。

ＣＰＵ１０は、類似する部品寸法が寸法規格外と判定した場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、品質悪化が懸念される旨の強調表示を行う（ステップＳ７）。ＣＰＵ１０は、相対ズレ量（上述の差分絶対値）及びバラツキ（類似する部品寸法の分布偏差）を構造物の公差解析寸法定義に入力する。ＣＰＵ１０は、再度、公差解析システム３に公差解析を行わせる（二次公差解析、第３の公差解析：ステップＳ８）。ＣＰＵ１０は、公差解析システム３より、公差解析の結果（第３の公差解析計算結果）から得られる分布偏差を用いて、検証箇所の品質評価を行う。また、ＣＰＵ１０は、各部品の感度、寄与率を取得する（ステップＳ９）。

ＣＰＵ１０は、分布偏差が目標品質（例えば３σ）を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＣＰＵ１０は、品質を満たしていると判定した場合（ステップＳ１０でＹＥＳ）、処理をステップＳ１２に移す。ＣＰＵ１０は、品質を満たしていないと判定した場合（ステップＳ１０でＮＯ）、相殺処理を行う（ステップＳ１１）。ＣＰＵ１０は、高感度寸法であって未処理の寸法が他にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ＣＰＵ１０は、他にあると判定した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、処理をステップＳ４に戻す。ＣＰＵ１０は、他にないと判定した場合（ステップＳ１２でＮＯ）、処理を終了する。

図４は、類似部品抽出処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１０は、公差解析システム３が記憶している組立順序通りに整理された構成部品ツリー情報を取得し、拘束されている自由度の数（拘束度）を検出する（ステップＳ２１）。具体的にはＣＰＵ１０は、構成部品ツリー情報に含まれる構成部品間相互の関係性を示す属性情報から、拘束度を検出することが可能である。ここで、自由度とは、６方向（例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のプラス方向とマイナス方向）において、組み合わせ部分で部品が拘束されているか若しくは拘束されていないか、又は、部品を拘束しているか若しくは拘束していないかのことを言う。

図５は、拘束度の判定アルゴリズムについて、概念的に示した説明図である。図５は、構成部品ツリーとして３つの類型を示している。いずれの類型についての図も、左に示すのが組立順序であり、右側に示すのが、組立順序通りに整理された構成部品ツリーである。該当部品とは、現在処理対象となっている部品寸法を含む部品のことである。

図５Ａに示す例は、部品Ａの次に該当部品が組み立てられ、その次に、部品Ｂが組み立てられることが示されている。この組立手順により、ＣＰＵ１０は、該当部品は部品Ａを親として、６自由度で拘束（拘束度６）することを検出する。また、ＣＰＵ１０は、該当部品は部品Ｂの親として、部品Ｂを６自由度で拘束することを検出する。その結果、図５Ａの右側のようなツリーが作成されることとなる。拘束度について上記の事項をまとめると、該当部品は、部品Ａ／部品Ｂに対し、それぞれ６自由度の拘束条件を有することとなる。

図５Ｂに示す例では、部品Ａの次には、部品Ｂと該当部品とが組み付けられた上で、２つの部品が部品Ａに組み付けられることが示されている。そして、該当部品は、部品Ａと部品Ｂを親として、６自由度で拘束されることが示されている。その結果、図５Ｂの右側のようなツリーが作成されることとなる。拘束度については、該当部品は部品Ａと部品Ｂに対し、合計で６自由度の拘束条件を有することとなる。

図５Ｃに示す例では、部品Ａの次に、部品Ｂ及び該当部品を略同時に組み付けることが示されている。そして、該当部品は部品Ａを親として、６自由度で拘束されることが示されている。その結果、図５Ｃの右側のようなツリーが作成されることとなる。拘束度については、該当部品は部品Ａに対し、６自由度の拘束条件を有することとなる。

図４に戻り、ＣＰＵ１０は判断テーブルの作成を行う（ステップＳ２２）。より具体的には、ステップＳ２１で検出した拘束条件、組立定義箇所の数、並びに組立定義箇所で使用されている要素の形状種別及び数より、ＣＰＵ１０は判断テーブルを作成する。組立定義箇所の数、並びに組立定義箇所で使用されている要素の形状種別及び数は、公差解析システム３で定義された組立定義及び自由度の属性情報、並びにＣＡＤシステム２が有する形状属性情報から抽出される。ここで、組立定義とは、部品のどの形状で組み合わせるか定義したものを言う。

図６は、ＣＡＤシステム２の形状情報と公差解析システム３の定義情報との対応関係を示す説明図である。図６Ａは、ＣＡＤシステム２の形状情報を元に部品を三次元表示したものである。図６Ｂは、公差解析システム３の部品定義情報を示したものである。図６の例では、部品Ｂは面Ｘ、面Ｙ、面Ｚ及び面ＧＡＰ、並びに穴１及び穴２を含むことが示されている。公差解析システム３において定義されていない、その他の構成要素については、図６Ａにも指摘されていない。

図７は、定義箇所形状の詳細属性情報ｄ１の一例を示す説明図であり、図６に示したデータを元に、判断テーブル作成に必要な情報をまとめたものである。詳細属性情報ｄ１は、自由度情報ｄ１１、法線方向情報ｄ１２、曲面タイプ情報ｄ１３を含む。自由度情報ｄ１１はフリーか拘束であるかを示す情報である。図７の例では、Ｘ軸方向（ＴＸ）、Ｙ軸方向（ＴＹ）には並進自由度があることが示されている。Ｚ軸方向（ＴＺ）は拘束されていることが示されている。軸周りの回転自由度は、Ｘ軸周り（ＲＸ）及びＹ軸周り（ＲＹ）は拘束されており、Ｚ軸周り（ＲＺ）はフリーである。

法線方向情報ｄ１２は、拘束する面の方向を示したものである。図７の例では、面の法線はＺ軸方向である。

曲面タイプ情報ｄ１３は、拘束する面の面形状を示したものである。面形状には、平面、平行２平面間隔、円筒、長円、点、軸を含む。図７の例では、面形状は平面である。

上述した拘束度の情報及び図７に示した詳細属性情報ｄ１により、判断テーブルが作成される。図８は、判断テーブルの一例を示す説明図である。図７に示した自由度情報ｄ１１より、ＯＮ（拘束）となっている要素は３であるから、組立定義箇所数は３となる。次に、ＣＰＵ１０は、図７に示した曲面タイプ情報ｄ１３から使用している形状種別を判別し、カウントする。今回の例では、平面が１、円筒が２となる。図８に示す判断テーブルは、過去部品についても予め用意されている。判断テーブルを比較することにより、ＣＰＵ１０は処理対象部品と類似する過去部品を抽出する（ステップＳ２３）。類似するか否かの判定は、例えば、内容が一致する項目の数で行う。なお、ここでは過去部品は十分な数を蓄積しているとの前提であるので、処理対象部品が特殊な部品でなければ、判断テーブルの内容が一致するものが複数抽出される。一致するものの数が少ない場合は、類似するものも合わせて抽出しても良い。

次に、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２３で抽出された過去部品を、処理対象部品と材料属性、製造／加工属性が類似するものに絞り込む（ステップＳ２４）。材料属性とは、部品を構成する材料を示すものであり、例えば、樹脂や金属の名称である。製造／加工属性とは、部品を製造する際の製造方法及び加工方法を示すものであり、例えば、射出成形、ダイキャスト、切削加工である。材料により採用される製造方法及び加工方法は限られるため、処理対象部品が特殊な材料、特殊な製造方法、又は加工方法を採用してなければ、一致するものに絞り込まれる。特殊な材料、特殊な製造法及び特殊な加工方法については、それぞれに類似する材料、製造方法、及び加工方法を定義しておき、処理対象部品の属性を置き換えた上で、絞り込みを行えば良い。

続いて、ＣＰＵ１０は、ステップＳ２４で絞りこまれた過去部品を、処理対象部品と形状機能性が類似するものに、さらに絞り込む（ステップＳ２５）。形状機能性とは、部品を構成する面、穴といった形状が持つ機能を言う。例えば、他の部品に組み付けられる場合、他の部品の突起部と嵌合する穴は、組み付けられる際の部品の位置を決める要素の１つであるので、形状機能性として位置決め要素を有することとなる。また、他の寸法の基準となるような要素は、補助基準要素である。例えば、穴の中心位置が所定の面からの距離で規定されている場合、当該面は補助基準要素である。位置決め要素、補助基準要素以外は、検証対象要素とする。

形状機能性は、前述の自由度情報ｄ１１より、定めることができる。自由度情報ｄ１１において、ＯＮ（拘束）が１箇所以上の場合は、位置決め要素である。すべてがＯＦＦ（フリー）の場合は、寸法補助要素又は検証対象要素である。寸法補助要素又は検証対象要素のいずれであるかは、例えば、ＣＡＤシステム２のデータを元に他の寸法の基準要素となっているか否かにより判定可能である。

ＣＰＵ１０は、以上のようにして定められた形状機能性の比較により、ステップＳ２５で絞りこまれた過去部品を、処理対象部品と形状機能性が類似するものに絞り込む。最終的に絞りこまれた過去部品の各部品寸法が、類似の部品寸法である。上述と同様に、形状機能性が類似するものよりも、一致するものが抽出されることか望ましい。なお、ＣＰＵ１０は、形状機能性による絞り込みを完了した段階で類似部品がなかった場合は、各段階において、類似と判定する基準を緩和し、類似とみなす過去部品の数を増やすなどをすれば良い。

次に相殺処理について、説明する。図９は相殺処理の手順を示すフローチャートである。品質予測装置１のＣＰＵ１０は、相殺可能寸法を選択する（ステップＳ３１）。相殺可能寸法とは、検証箇所寸法の平均値が想定している値からずれた場合に、そのずれを打ち消す作用を持つ寸法のことである。上述の一次公差解析（ステップＳ１）で得た各部品寸法を、感度値の高いものから順に複数、ＣＰＵ１０は選択する。選択した寸法を候補寸法と呼ぶ。

次にＣＰＵ１０は、候補寸法を含む部品と類似する寸法を含む過去の部品を部品データベース４より抽出する（ステップＳ３２）。この処理は、上述の類似部品選択処理と同様であるので、説明を省略する。

次に、抽出された部品において候補寸法に対応する寸法、すなわち類似する部品寸法が規格外であるか否か、ＣＰＵ１０は判定する（ステップＳ３３）。この処理は、上述のステップＳ６の処理と同様であるので、説明を省略する。ＣＰＵ１０は、類似する部品寸法が寸法規格外であると判定した場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）、処理をステップＳ３９に移す。

ＣＰＵ１０は、類似する部品寸法が寸法規格内と判定した場合（ステップＳ３３でＮＯ）、寸法調整値の算出を行う（ステップＳ３４）。ここで、寸法調整値とは、相殺を行うために候補寸法を調整するための値である。寸法調整値の算出は次のようにして行う。まず、ＣＰＵ１０は、検証箇所寸法として必要な平均値を算出する。これは、上述の二次公差解析（ステップＳ８）の結果より得た偏差と目標品質より求める。目標品質が３σである場合、次のような式となる。
検証箇所寸法の必要な平均値＝二次公差解析で得た偏差×３ （式３）

ＣＰＵ１０は、算出した必要な平均値と、上述の二次公差解析（ステップＳ８）の結果より得た検証箇所寸法の平均値を用いて、検証箇所寸法の平均値の調整値を次のように算出する。
検証箇所寸法の平均値の調整値＝必要な平均値−検証箇所寸法の平均値 （式４）

さらに、ＣＰＵ１０は、算出した検証箇所寸法の平均値の調整値、候補部品の感度値より、寸法調整値を算出する。
寸法調整値＝検証箇所寸法の平均値の調整値／候補部品の感度値 （式５）

ＣＰＵ１０は、求めた寸法調整値を用いて、候補部品の候補寸法を変更し、公差解析システム３に、公差解析（三次公差解析、第２の公差解析）を行わせる（ステップＳ３５）。公差解析の結果（第２の公差解析計算結果）より、ＣＰＵ１０は検証箇所の品質評価を行う（ステップＳ３６）。次に、ＣＰＵ１０は検証箇所寸法の分布偏差が所定の目標品質（例えば３σ）を満たしているか否かを判定する（ステップＳ３７）。

品質を満たしている場合（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０は処理をステップＳ３９に移す。品質を満たしていない場合（ステップＳ３７でＮＯ）、ＣＰＵ１０は処理対象としている候補寸法を相殺可能寸法から除外する（ステップＳ３８）。次に、ＣＰＵ１０は、候補寸法となる他の未処理の寸法があるか否か判定する（ステップＳ３９）。他の未処理の寸法がある場合（ステップＳ３９でＹＥＳ）、ＣＰＵ１０は処理をステップＳ３２に戻す。他の未処理の寸法がない場合（ステップＳ３９でＮＯ）、ＣＰＵ１０は処理をステップＳ４０に移す。なお、候補寸法の中で上述の処理により、品質を満たすと判断されたものを相殺可能寸法という。

ＣＰＵ１０は、処理結果として、相殺可能寸法を優先順位順に表示する（ステップＳ４０）。ここで、優先順位は、例えば、感度が低いものを高順位とする。もし、寸法のずれが発生した場合でも、他に与える影響が少なくて済むからである。ＣＰＵ１０は、相殺処理を終了し、処理を呼び出し元に戻す。

次に、上述した処理について、構造物を例示して説明を行う。図１０は、検証箇所を示す説明図である。図１０Ａは、構造物Ｓ全体の斜視図である。図１０Ｂは、構造物Ｓの部分拡大図であり、検証箇所を示している。構造物Ｓは、部品Ｓ１及び部品Ｓ２から構成されている。検証箇所は、部品Ｓ１と部品Ｓ２との隙間であり、検証箇所寸法は、隙間の隙間寸法ｄである。隙間寸法ｄは、部品Ｓ１と部品Ｓ２とが干渉しない範囲での最小値を確保することを目標とする。すなわち、０ｍｍ以上で、品質は３σ以上とする。

図１１は、２つの部品Ｓ１、Ｓ２を組み合わせる様子を示す説明図である。部品Ｓ１のボスＳ１１ａ、Ｓ１１ｂがある平面Ｓ１２と、対面する部品Ｓ２の平面Ｓ２２とで面合わせがされる。ボスＳ１１ａ及び孔Ｓ２１ａ並びにボスＳ１１ｂ及び孔Ｓ２１ｂの２箇所での軸合わせによって、６自由度で拘束される。このような条件において、一次公差解析（ステップＳ１）を行う。

図１２は、一次公差解析の結果より得られた隙間寸法ｄの分布を示すグラフ図である。横軸が隙間寸法ｄの値で、単位はｍｍである。縦軸が度数である。グラフに示した分布より、検証箇所寸法である隙間寸法ｄの平均値が得られる（ステップＳ２）。図１２に示す例では、隙間寸法ｄの平均値は０．５ｍｍ、偏差は０．１６５８ｍｍ、品質は３．０２σとなっている。品質は目標品質３σ以上であるので、品質を満たしている。

図１３は、公差解析により得た部品の感度及び寄与率を示した感度・寄与率テーブルｔ１の一例を示す説明図である。感度・寄与率テーブルは、名称欄Ｃ１、寄与率欄Ｃ２、感度欄Ｃ３を含む。名称欄Ｃ１の値は、アセンブリ名／部品名／形状名という形式となっている。図１３の「Ａ：１」は部品Ｓ１に対応し、「Ａ：２」が部品Ｓ２に対応している。図１３に示す例では、感度の絶対値の最大値は１．６ｍｍ／ｍｍである。感度の絶対値が最大値となる寸法は、全部で４つである。したがって、４つの寸法が高感度寸法として選択されることとなる（ステップＳ３）。ここでは、四角で囲んだ「Ｂ：１」の孔２を処理対象とする。図１１に示した部品Ｓ２の孔２１ｂである。

次に、ＣＰＵ１０は、類似部品寸法抽出処理（ステップＳ４）により、部品データベース４から部品Ｓ２と類似する過去の部品寸法を選択する。ＣＰＵ１０は、選択された類似の部品寸法の寸法実測値の分布を取得する。また、ＣＰＵ１０は、処理対象となっている孔２１の設計値の公差分布を一次公差解析の結果から取得する。図１４は、類似部品の寸法分布及び選択された部品寸法の分布それぞれを示すグラフ図である。図１４Ａが設計値の公差分布を示すグラフ図であり、図１４Ｂが類似の部品寸法の寸法実測値の分布を示すグラフ図である。共に縦軸が度数、横軸が寸法で単位はｍｍである。図１４Ａに示す例では、設計値の公差分布は１０ｍｍ、プラスマイナス０．１ｍｍである。図１４Ｂに示す例では、実測値の分布は１０．０５ｍｍ、プラスマイナス０．０４５ｍｍである。ＣＰＵ１０は、取得した分布に基づき、差分絶対値Ｘを算出する（ステップＳ５）。ここでは、
Ｘ＝１０．０５−１０＝０．０５ｍｍ
となる。

次に、ＣＰＵ１０は、判断閾値を算出し、寸法規格外であるか否かの判定を行う（ステップＳ６）。ここで、一次公差解析の結果は、図１２に示した通りである。平均値μ＝０．５ｍｍ、許容値上限Ｕ＝１．０ｍｍ、許容値下限＝０．０ｍｍ、偏差σ＝０．１６５８ｍｍである。目標品質は３σである。また、処理対象となっている部品寸法の感度値Ｓは、１．６ｍｍである。したがって、上述の（式１）または（式２）の右辺、すなわち閾値は、以下のように算出される。
（［０．５−０］−０．１６５８×３）／１．６＝０．００１６２５（ｍｍ）
差分絶対値Ｘ０．０５ｍｍは、算出された閾値０．００１６２５ｍｍよりも大きいので、品質悪化の懸念大と判定される。すなわち、処理対象となっている部品寸法は、寸法規格外と判定される（ステップＳ６でＹＥＳ）。

寸法規格外と判定された場合には、ユーザに強調表示を行う（ステップＳ７）。図１５は、品質悪化懸念が有る場合に表示する警告画面の一例を示す説明図である。図１５の例では、警告画面は文字表示と部品表示とからなっている。文字表示の上段には、検証対象要素のオリジナル寸法（設計寸法）１５１、感度値１５２が表示されている。文字表示の下段には、設計値と実測値との相対差分１５３、差分絶対値と判断閾値との値及び大小関係１５４、並びに品質悪化懸念有１５５が表示されている。文字表示の吹き出しは、部品表示１５６の検証対象要素を示している。ベクトル１５７は検証対象要素の方向を示している。この方向は、詳細属性情報ｄ１に含まれる法線方向情報ｄ１２より求めることが可能である。ここでは、Ｘ方向であり、ベクトル１５７の向きでＸ方向を示している。また、ベクトル１５７の線の太さによって感度の値を表現している。感度の値が小さければ線を細くし、大きければ線を太くして表現する。

寸法規格外と判定された場合、ＣＰＵ１０は二次公差解析を行う（ステップＳ８）。ＣＰＵ１０は、二次公差解析は上述したように、過去の類似の部品寸法の実測値の分布平均値、設計中央値との差分、及び実測値の分布偏差を、処理対象となっている寸法定義に入力し、品質リスクを再度検証する。すなわち、処理対象寸法の実測値が、類似の部品寸法と同様な分布となると仮定して、品質リスクを検証する（ステップＳ９）。

図１６は二次公差解析により得た隙間寸法ｄ分布図である。横軸が寸法ｄで単位はｍｍ、縦軸が度数である。隙間寸法の平均値は０．４２ｍｍ、偏差は０．１５８８１ｍｍ、品質は２．６４σとなっている。ここで目標品質は３σ以上であるので、目標品質を満たしていない（ステップＳ１０でＮＯ）。そこで、ＣＰＵ１０は、相殺処理を行い（ステップＳ１１）、他の部品寸法で相殺することを試みる。

ＣＰＵ１０は、一次公差解析の結果より、相殺するための部品寸法は感度の高いものを候補として選択する（ステップＳ３１）。ここで、ＣＰＵ１０は、一例として感度が１ｍｍ／ｍｍ以上のものを選択する。一次公差解析の結果より得た各部品寸法の感度値は、図１３に示した通りである。感度が条件を満たす寸法は、図１３に示されている寸法のうち、検証対象となっている部品「Ｂ：１」の孔２以外の寸法である。すなわち、部品「Ｂ：１」の孔１、ＧＡＰである。ＣＰＵ１０は、これらの寸法それぞれについて類似部品を抽出し（ステップＳ３２）、寸法規格外である否かを判定する（ステップＳ３３）。ＣＰＵ１０は、寸法規格外と判定された寸法は候補から外す（ステップＳ３３でＹＥＳ）。ＣＰＵ１０は、寸法規格外でないと判定された寸法について、寸法調整値を算出する（ステップＳ３３でＮＯ、ステップＳ３４）。

ＣＰＵ１０は、検証対象となっている隙間寸法ｄの必要となる平均値を、上述した式３を用いて算出する。二次公差解析で得た偏差は、０．１５８８１ｍｍ、目標品質は３σであるから、
必要な隙間平均値＝０．１５８８１ｍｍ×３＝０．４７６４３ｍｍ
となる。ここでは、安全マージンを考慮して、端数を切り上げ０．４８ｍｍとして以降の計算を行う。

次に、ＣＰＵ１０は、必要な隙間平均値を満たすために必要な隙間平均値の調整値を、上述の式４に従い、算出する。二次公差解析により得た隙間平均値は０．４２ｍｍであったので、
隙間平均値の調整値＝０．４８ｍｍ−０．４２ｍｍ＝０．０６ｍｍ
となる。

ＣＰＵ１０は、算出した隙間平均値の調整値及び候補となっている各部品寸法の感度値から、各部品寸法の調整値を上述の式５に従い、算出する（ステップＳ３４）。

感度１．６ｍｍ／ｍｍの寸法の場合は、０．０６／１．６＝０．０３７５（ｍｍ）である。安全マージンを考慮して端数を切り上げ、０．０４ｍｍとする。感度１．０ｍｍ／ｍｍの寸法の場合は、０．０６／１＝０．０６（ｍｍ）である。感度がマイナスのものは、符号が逆となり、それぞれ、感度−１．６ｍｍ／ｍｍの寸法では−０．０４ｍｍ、感度−１．０ｍｍ／ｍｍの寸法では−０．０６ｍｍとなる。

ＣＰＵ１０は、以上の寸法調整値の結果を順に各部品寸法に適用し、それぞれの場合について、公差解析を行う（ステップＳ３５）。ここでは、部品Ｓ２の軸合わせ孔Ｓ２１ａ（部品Ｂ：１、孔２）で調整を行った場合について示す。部品Ｓ２の軸合わせ孔Ｓ２１ａは、感度１ｍｍ／ｍｍ、寄与率４．０４％である。図１７は相殺前後の公差分布を示したグラフ図である。図１７Ａ、１７Ｂともに、横軸は寸法ｄで単位はｍｍ、縦軸は度数である。図１７Ａは相殺前の公差分布を示したグラフであり、図１４Ａと同じものである。図１７Ｂは寸法調整後の公差分布を示したグラフである。設計では１０ｍｍ、プラスマイナス０．１ｍｍであった寸法は、調整を行ったことにより、１０．０６ｍｍ、プラスマイナス０．１ｍｍとなっている。

次に、ＣＰＵ１０は、隙間寸法ｄの評価を行う（ステップＳ３６）。図１８は隙間寸法ｄの分布を示したグラフ図である。図１８に示す例では、隙間平均値０．４８ｍｍ、偏差０．１５８８１ｍｍ、品質は３．０２σとなる。ここで、目標品質の３σ以上であるので、品質を満たしている（ステップＳ３７でＹＥＳ）。よって、部品Ｓ２の軸合わせ孔Ｓ２１ａの寸法は、調整寸法の候補となる。他の部品寸法についても、同様な処理を行う。

図１９は、検証結果を示す画面表示の一例を示す説明図である。図１９では、処理結果を示す文字情報と相殺処理を行った部品の構成要素を示している。文字情報には、オリジナル寸法（調整前の寸法）１９１、感度値１９２、寄与率１９３、採用優先順位１９４、調整値１９５、調整後寸法１９６を含む。部品の構成要素の拡大図１９７に描かれているベクトル１９８は、調整した寸法の方向を示したものである。

以上のように、本実施の形態の設計支援システムは、構造物を構成する部品についての一次公差解析計算結果（第１の公差解析計算結果）に基づき、感度値が閾値を超えた部品を選択し、選択した部品（「選択部品」と記す）に類似する過去の部品（類似部品）を抽出する。選択部品の寸法の分布が類似部品と同様となると仮定し、その場合に構造物の品質が悪化する懸念があるか否かを、設計寸法の平均値と、類似部品の寸法の平均値とのずれと、算出した閾値との大小関係で判定する。構造物の品質が悪化する懸念があると判定されたとき、構造物を構成する選択部品以外の部品の寸法を調整することにより、上述のずれの相殺を試みる。調整の結果に基づいた三次公差解析計算結果（第２の公差解析計算結果）、品質の評価を行う。それより、構造物の品質が悪化する懸念があっても、選択部品以外の部品の寸法を調整することにより、品質の悪化を防ぐことが可能となる。

構造物の品質が悪化する懸念があるか否かの判定に用いる閾値は、構造物の品質を評価するための所定箇所の寸法の平均値、上限値の上限又は下限、偏差値、選択部品の寸法の感度値、及び予め定めた目標品質値に基づいて算出する。それより、構造物の品質が悪化する懸念があるか否かの判定を適切に行うことが可能となる。

構造物の品質が悪化する懸念があると判定されたとき、選択部品の寸法の分布が類似部品の寸法分布と同様になったと仮定して行った二次公差解析計算結果（第３の公差解析計算結果）を用いて、品質の評価を行うので、判定の確からしさを検証することが可能となる。

寸法を調整（変更）する部品は、一次公差解析計算結果から得た感度値により選択するので、最適な部品を選択可能となる。また、寸法を調整する値は二次公差解析計算結果を用いて求めるので、品質の悪化を相殺することが可能となる。

寸法を調整（変更）する部品が複数選択された場合は、選択された部品毎に寸法の調整を行い、再度品質の評価を行う。品質の再評価により、品質の悪化を相殺する部品が複数となったときは、寸法の調整する部品をユーザは選択することが可能となる。

寸法を調整（変更）する部品が複数選択された場合は、感度値の絶対値が小さい順にソートする。ソートした結果に基づき、寸法の調整する部品をユーザに提示するので、ユーザは感度値を加味して、寸法の調整する部品を選択することが可能となる。

感度値が閾値を超えた部品が複数ある場合は、部品毎に上述の処理を行うので、構造物全体として、品質の評価を行うことが可能となる。

実施の形態２
図２０は、実施の形態１に係る品質予測装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。品質予測装置１は、選択部１０ａ、抽出部１０ｂ、取得部１０ｃ、算出部１０ｄ、変更部１０ｅ、第２取得部１０ｆ、判定部１０ｇを含む。ＣＰＵ１０が制御プログラム１Ｐを実行することにより、品質予測装置１は以下のように動作する。

選択部１０ａは、複数の部品を含む構造物についての各部品の感度値を含む第１の公差解析計算結果に基づき、感度値が、所定の閾値を超えている設計対象である設計部品を選択する。抽出部１０ｂは、過去に製造された部品の情報が記憶された部品データベース４より、設計部品に類似する類似部品を抽出する。取得部１０ｃは、設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値、及び類似部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得する。算出部１０ｄは、取得した分布平均値と公差分布平均値との差分、及び第１の公差解析計算結果より差分についての閾値を算出する。変更部１０ｅは、差分が閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更する。第２取得部１０ｆは、変更後の寸法を用いて第２の公差解析計算を行った結果を取得する。判定部１０ｇは、取得した結果に基づき、評価箇所の品質評価値を算出し、算出した品質評価値及び予め定めた品質閾値の大小関係を判定する。

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）は、お互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上の実施の形態１乃至２を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
コンピュータに、
過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、
前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値を取得し、
前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得し、
取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、
前記差分が閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する
処理を実行させる設計プログラム。

（付記２）
複数の部品を含む構造物についての公差解析計算の結果に基づき、感度値が所定の閾値を超えている部品を前記設計部品として選択し、
前記公差解析計算結果より前記差分についての閾値を算出する
処理を実行させる付記１に記載の設計プログラム。

（付記３）
前記第２箇所の寸法を変更して行った前記構造物についての第２の公差解析計算の結果に基づき、検証箇所の品質評価値を算出し、
算出した品質評価値及び予め定めた品質閾値の大小関係を判定する
処理を実行させる付記１又は付記２に記載の設計プログラム。

（付記４）
前記第２箇所の寸法の変更前及び変更後についての情報を出力する
処理を実行させる付記１から付記３のいずれか１つに記載の設計プログラム。

（付記５）
前記構造物の所定箇所寸法の平均値、許容値の上限値又は下限値、偏差値、前記選択した部品の寸法の感度値、及び予め定めた目標品質値に基づいて、前記閾値を算出する
処理を実行させる付記２から付記４のいずれか１つに記載の設計プログラム。

（付記６）
前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記類似部品の寸法実測値の分布平均値、設計値中央値との差分値及び寸法実測値の偏差値のそれぞれを、前記選択した部品に関する値であるとして行った前記構造物についての第３の公差解析計算結果を取得し、
取得した結果に基づき、前記品質評価値を算出し、
算出した品質評価値及び前記品質閾値が所定の大小関係を満たすとき、
前記第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算し、
前記第２の公差解析計算の結果を取得し、
取得した結果に基づき、評価品質評価値を再度算出し、
算出した品質評価値及び前記品質閾値の大小関係を判定する
処理を実行させる付記２から付記５のいずれか１つに記載の設計プログラム。

（付記７）
前記第２箇所は、前記第１の公差解析計算結果を用いて選択し、
選択した第２箇所の寸法を変更するための変更値を、第３の公差解析計算結果に基づいて算出する
処理を実行させる付記６に記載の設計プログラム。

（付記８）
前記第２箇所が複数選択された場合、選択された箇所毎に、
寸法を変更し、
前記第２の公差解析結果を取得し、
取得した結果に基づき、評価品質評価値を再度算出し、
算出した品質評価値及び前記品質閾値の大小関係を判定する
処理を実行させる付記７に記載の設計プログラム。

（付記９）
前記第２箇所が複数選択された場合、各箇所の感度の絶対値の小さい順に第２箇所に関する情報をソートする
処理を実行させる付記８記載の設計プログラム。

（付記１０）
前記感度値が、所定の閾値を超えている第２箇所が複数ある場合は、箇所毎に、
類似部品を抽出し、
抽出した類似部品の寸法実測値の分布平均値を取得し、
前記部品の設計値の公差分布平均値を取得し、
取得した分布平均値と公差分布平均値との差分を算出し、
前記第１の公差解析計算結果より前記差分についての閾値を算出し、
前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記第２箇所の寸法を変更し、
前記第２箇所の寸法が変更後の寸法であるとして行った第２の公差解析計算結果を取得し、
取得した結果に基づき、評価箇所の品質評価値を算出し、
算出した品質評価値及び前記品質閾値の大小関係を判定する
処理を実行させる付記２から付記９のいずれか１つに記載の設計プログラム。（図１〜図２０）

（付記１１）
過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出する抽出部、
前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値、及び前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得する取得部、
取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出する算出部、
前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する変更部、
を備えた設計装置。

（付記１２）
制御部を有するコンピュータにより設計を行う設計方法において、
過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、
取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、
前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する
設計方法。

（付記１３）
前記類似部品の抽出は、組立定義箇所の拘束条件、材料属性及び加工属性並びに形状機能性の少なくとも一つについて、前記設計部品と最も類似する過去に製造された部品を前記記憶部より抽出する処理である付記１から１０のいずれか１つに記載の設計プログラム。

１ 品質予測装置（設計装置）
１０ ＣＰＵ
１０ａ 選択部
１０ｂ 抽出部
１０ｃ 取得部
１０ｄ 算出部
１０ｅ 変更部
１０ｆ 第２取得部
１０ｇ 判定部
１１ ＲＡＭ
１２ ＲＯＭ
１３ 大容量記憶装置
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ 通信部
１７ 読取部
１ａ 半導体メモリ
１ｂ 可搬型記憶媒体
２ ＣＡＤシステム
３ 公差解析システム
４ 部品データベース（記憶部）
Ｎ ネットワーク

Claims (8)

1. コンピュータに、
   過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、
   前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値を取得し、
   前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得し、
   取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、
   前記差分が閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算する
   処理を実行させる設計プログラム。
2. 複数の部品を含む構造物についての公差解析計算の結果に基づき、感度値が所定の閾値を超えている部品を前記設計部品として選択し、
   前記公差解析計算結果より前記差分についての閾値を算出する
   処理を実行させる請求項１に記載の設計プログラム。
3. 前記第２箇所の寸法を変更して行った前記構造物についての第２の公差解析計算の結果に基づき、検証箇所の品質評価値を算出し、
   算出した品質評価値及び予め定めた品質閾値の大小関係を判定する
   処理を実行させる請求項１又は請求項２に記載の設計プログラム。
4. 前記第２箇所の寸法の変更前及び変更後についての情報を出力する
   処理を実行させる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の設計プログラム。
5. 前記構造物の所定箇所寸法の平均値、許容値の上限値又は下限値、偏差値、前記選択した部品の寸法の感度値、及び予め定めた目標品質値に基づいて、前記閾値を算出する
   処理を実行させる請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の設計プログラム。
6. 前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記類似部品の寸法実測値の分布平均値、設計値中央値との差分値及び寸法実測値の偏差値のそれぞれを、前記選択した部品に関する値であるとして行った前記構造物についての第３の公差解析計算結果を取得し、
   取得した結果に基づき、前記品質評価値を算出し、
   算出した品質評価値及び前記品質閾値が所定の大小関係を満たすとき、
   前記第２箇所の寸法を変更した場合における変更後の寸法を計算し、
   前記第２の公差解析計算の結果を取得し、
   取得した結果に基づき、評価品質評価値を再度算出し、
   算出した品質評価値及び前記品質閾値の大小関係を判定する
   処理を実行させる請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の設計プログラム。
7. 過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出する抽出部、
   前記設計部品のうち、他の部品と組み合わせる箇所の設計値の公差分布平均値、及び前記類似部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所の寸法の実測値の分布平均値を取得する取得部、
   取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出する算出部、
   前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２の箇所の寸法を変更する変更部、
   変更後の寸法を用いて第２の公差解析計算を行った結果を取得する第２取得部、並びに
   取得した結果に基づき、評価箇所の品質評価値を算出し、算出した品質評価値及び予め定めた品質閾値の大小関係を判定する判定部
   を備えた設計装置。
8. 制御部を有するコンピュータにより設計を行う設計方法において、
   過去に製造された部品の情報が記憶された記憶部より、設計対象である設計部品に類似する類似部品を抽出し、
   取得した前記分布平均値と前記公差分布平均値との差分を算出し、
   前記差分が前記閾値より大きい場合に、前記設計部品のうち、前記他の部品と組み合わせる箇所以外の第２箇所の寸法を変更する
   設計方法。

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