JP2015200963A - 全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法 - Google Patents

全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法 Download PDF

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Abstract

【課題】解析モデルの構築が容易であり、その解析モデルの構築時間を効果的に短縮することのできる全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法を提供する。
【解決手段】一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法に係り、例えば流体ポンプ等の機械構造物のシステム全体の効率等の性能を算出する際に使用される全体統合解析モデルの作成を支援する全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法に関する。
従来、例えば流体ポンプ等の機械構造物の性能を算出する解析において、その解析で使用される解析モデルを構築する際に、解析条件に応じて詳細度の異なる各解析モデルを切替えて解析計算を行う技術が知られており、この種の従来技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているシミュレーション制御装置は、モデル選択部が、条件入力部から設定された選択条件に基づいて、シミュレーションモデルを選択し、当該シミュレーションモデルをモデルデータベースから読出し、シミュレーション計算部が、この読み出されたシミュレーションモデルを用い、条件入力部に設定された初期状態及びシミュレーション条件に基づいて、シミュレーション計算を行うことにより、モデルの選択条件に基づいて、詳細度の異なる各シミュレーションモデルを切替えてシミュレーション計算を行なう装置であり、例えば、重要な部分は詳細度の高いモデルを利用して高い精度のシミュレーションを行ない、あまり重要でない部分は詳細度の低いモデルを利用して短時間でシミュレーションを行なう装置である。
また、ＣＡＤモデルとコストデータなどの異なる情報を関連付けるに当たり、リンク情報を記述する技術も知られており、この種の従来技術が特許文献２に開示されている。
特許文献２に開示されているワイヤハーネスのコスト算出システムは、ＣＡＤ装置及びコスト算出装置を備え、ＣＡＤ装置は、ワイヤハーネスの電線又は部品を表す構成要素図形を図面上に配置したときは、対応するレコードをＣＡＤモデルデータに記述すると共に、構成要素図形が互いに関連するように配置されたときは、レコード同士のリンク情報をＣＡＤモデルデータに記述し、コスト算出装置は、ＣＡＤモデルデータが、当該ＣＡＤモデルデータに含まれるレコード及びリンク情報に基づいて、電線長、部品の種類及び個数、並びに加工作業を算出し、電線及び部品の単価、及び加工作業の単位工数をそれぞれデータベースに問い合わせ、ワイヤハーネスのコストを算出するシステムである。
特開２００２−２５９８８８号公報 特開２００９−８０７４４号公報
特許文献１に開示されている従来技術は、解析条件に応じて詳細度の異なる解析モデルを切替え、重要な部分は詳細度の高いモデルを使って高い精度のシミュレーションを行ない、あまり重要でない部分は詳細度の低いモデルを使ってシミュレーションを行う技術であるが、このような従来術では、解析計算を行う場合、その解析領域において、重要な部分の解析モデルとあまり重要でない部分の解析モデルといった解析モデル間を接続することで解析モデルを構築する必要がある。すなわち、接続される解析モデル間の境界では、互いに境界条件としてのデータをやり取りする必要がある。例えば、ある解析領域において、重要度が高い場合には3次元有限要素法などの詳細度の高い解析モデルを適用し、重要度が低い場合には1次元有限要素法などの詳細度の低い解析モデルを適用する場合を例に取ると、重要度の高い場合には、操作者は、3次元有限要素法が利用する解析モデルと、接続される1次元有限要素法の解析モデルとの境界を特定し、その境界条件を付与する必要がある。また、重要度の低い場合には、操作者は、1次元有限要素法が利用する解析モデルと、接続される3次元有限要素法の解析モデルとの境界を特定し、再びその境界条件を付与する必要がある。
特許文献１に開示されている従来技術においては、上記したように、詳細度の異なる解析モデルを切替える場合に、操作者が、その都度境界を特定すると共に、その境界条件を付与する必要があるため、解析モデルの構築に多くの時間と工数を要するといった課題があると共に、接続される解析モデルの境界条件の設定を省力化し、解析モデルの構築時間を短縮化する点に関して十分に考慮されていないのが現状である。
また、特許文献２に開示されている従来技術は、ＣＡＤモデルとコストデータなどの異なる情報を関連付けるに当たり、リンク情報を記述することでデータ間を結び付ける技術である。例えば、接続された解析領域Ａ、Ｂにおいてそれぞれ、詳細度が高い解析モデルＡＦ、ＢＦ、詳細度が低い解析モデルＡＣ、ＢＣがある場合を例に取る。ここで、上付き添え字Ｆは詳細度が高い解析モデルを意味し、上付き添えＣは詳細度が低い解析モデルを意味する。解析領域ＡとＢは互いに接続されているため、接続されたその境界にはデータ授受のための境界条件を付与する必要がある。その際、リンク情報による従来技術では、操作者は、ＡＦと接続される境界のリンク情報に、ＡＣ、ＢＣの境界を指定してリンク情報として記載し、ＢＦと接続される境界のリンク情報にも、ＡＣ、ＢＣの境界を指定してリンク情報として記載する必要がある。
特許文献２に開示されている従来技術においては、上記したように、各解析モデルについて網羅的にリンク情報を記述する必要があるため、解析モデルの構築に多くの時間と工数を要するといった課題があると共に、接続される解析モデルの境界条件の設定を省力化し、解析モデルの構築時間を短縮化する点に関して十分に考慮されていないのが現状である。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、解析モデルの構築が容易であり、その解析モデルの構築時間を効果的に短縮することのできる全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法を提供することを目的とする。
上記する課題を解決するために、本発明に係る全体統合解析モデル作成支援装置は、複数の解析領域について作成された解析モデル同士を統合した全体統合解析モデルの作成を支援する全体統合解析モデル作成支援装置であって、前記全体統合解析モデル作成支援装置は、一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、前記一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと前記他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合するようになっていることを特徴とする。
また、本発明に係る全体統合解析モデル作成支援方法は、複数の解析領域について作成された解析モデル同士を統合した全体統合解析モデルの作成を支援する全体統合解析モデル作成支援方法であって、一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、前記一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと前記他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合することを特徴とする。
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合することにより、例えば、詳細度が異なる解析モデルを切替えた場合であっても、それぞれの解析領域の解析モデル同士を接続した全体統合解析モデル構築の工数を削減でき、その解析モデルの構築時間を効果的に短縮することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明に係る全体統合解析モデル作成支援装置の一実施の形態の全体構成を示す全体構成図。 解析対象となる機械構造物の一例を示す縦断面図。 本発明に係る全体統合解析モデル作成支援方法のフェーズ１を説明したフローチャート。 本発明に係る全体統合解析モデル作成支援方法のフェーズ２を説明したフローチャート。 解析モデル入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の加圧室の解析モデル入力画面）を示す図。 解析モデル入力画面の一例（解析詳細度がレベル１の吐出弁の解析モデル入力画面）を示す図。 解析モデル入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の吐出弁の解析モデル入力画面）を示す図。 解析モデル入力画面の一例（解析詳細度がレベル３の吐出弁の解析モデル入力画面）を示す図。 解析条件入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の加圧室の解析条件入力画面）を示す図。 解析条件入力画面の一例（解析詳細度がレベル１の吐出弁の解析条件入力画面）を示す図。 解析条件入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の吐出弁の解析条件入力画面）を示す図。 解析条件入力画面の一例（解析詳細度がレベル３の吐出弁の解析条件入力画面）を示す図。 境界接続情報入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の加圧室の境界接続情報入力画面）を示す図。 境界接続情報入力画面の一例（解析詳細度がレベル１の吐出弁の境界接続情報入力画面）を示す図。 境界接続情報入力画面の一例（解析詳細度がレベル２の吐出弁の境界接続情報入力画面）を示す図。 境界接続情報入力画面の一例（解析詳細度がレベル３の吐出弁の境界接続情報入力画面）を示す図。 解析モデル間の接続関係を確認する画面の一例を示す図。 解析実行処理入力画面の一例を示す図。 解析結果表示画面の一例を示す図。 解析実行処理入力画面の他例を示す図。
以下、本発明に係る全体統合解析モデル作成支援装置及び全体統合解析モデル作成支援方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
＜全体統合解析モデル作成支援装置の実施の形態＞
図１は、本発明に係る全体統合解析モデル作成支援装置の一実施の形態の系統構成を示す全体構成図である。図示する全体統合解析モデル作成支援装置100は、主に、解析モデル入力／表示部101、解析条件入力／表示部102、境界接続情報入力／表示部103、解析実行処理入力／表示部104、解析モデル作成・解析制御部105、解析結果表示部106、データベース107、および、計算機108から構成され、それらが通信可能に接続されている。
解析モデル入力／表示部101は、解析モデル入力画面を表示するものであり、操作者により入力された解析モデル、解析詳細度、解析タイプ等からなる解析モデル情報をその解析モデル入力画面に表示し、入力された情報をデータベース107に入力する。
ここで、「解析詳細度」とは、解析モデルが1次元モデルである、2次元モデルである、3次元モデルである、あるいは、簡易式であるといった、解析モデルの詳細度を表す情報であり、例えば、1次元モデルや簡易式を「レベル３」、2次元モデルを「レベル２」、3次元モデルを「レベル１」と定義することができる。
また、「解析タイプ」とは、解析モデルが形状ベースである、あるいは、簡易式であるといった、解析モデルの様相を表す情報である。
解析条件入力／表示部102は、解析条件入力画面を表示するものであり、解析モデル入力／表示部101で入力された解析モデルに対して、操作者により入力された入口境界条件や出口境界条件、解析条件、主変数や従属変数の条件等からなる解析条件情報をその解析条件入力画面に表示し、入力された情報をデータベース107に入力する。
境界接続情報入力／表示部103は、境界接続情報入力画面を表示するものであり、解析モデル入力／表示部101で入力された解析モデルに対して、操作者により入力された解析モデルの接続位置、近似式の変数への接続箇所、解析名、接続識別子等からなる境界接続情報をその境界接続情報入力画面に表示し、入力された情報をデータベース107に入力する。また、境界接続情報入力／表示部103は、入力された境界接続情報を元に接続識別子を介した解析モデル間の接続関係を可視化し、当該接続関係を画面に表示することもできる。
ここで、「接続識別子」とは、機械構造物の性能を算出する解析計算において、解析モデル間でデータの授受を行う境界やその境界に関連する変数を結び付ける識別子である。
解析実行処理入力／表示部104は、解析実行処理入力画面を表示するものであり、操作者により入力された解析領域の数に相当する解析モデル名と解析詳細度と受取るデータ、最大反復回数、収束判定、最大時間ステップ、時間ステップ等からなる解析実行処理情報をその解析実行処理入力画面に表示し、入力された情報をデータベース107に入力する。
解析モデル作成・解析制御部105は、解析モデル入力／表示部101、解析条件入力／表示部102、境界接続情報入力／表示部103、解析実行処理入力／表示部104で入力された情報を取得し、境界接続情報入力／表示部103で入力された接続識別子に関する情報および解析実行処理入力／表示部104で入力された解析詳細度に基づき、解析モデル入力／表示部101で入力された解析モデルを用いて複数の解析領域を接続した解析モデル（全体統合解析モデル）を構築し、必要に応じてその解析モデルをメッシュ生成する。また、解析モデル作成・解析制御部105は、解析実行処理入力／表示部104で入力された受取るデータに基づき、接続先の境界条件を設定し、解析条件入力／表示部102で入力された解析条件の下に機械構造物の性能解析を実行し、全ての解析領域において解析の実行を繰り返し、その解析が終了すると、その解析結果をデータベース107に入力する。
解析結果表示部106は、データベース107から解析モデル作成・解析制御部105で解析された解析結果を取得し、その解析結果を操作者等に表示する。
また、データベース107は、解析モデル入力／表示部101、解析条件入力／表示部102、境界接続情報入力／表示部103、解析実行処理入力／表示部104、解析モデル作成・解析制御部105、解析結果表示部106で得られた情報（データ）を蓄積する。
＜全体統合解析モデル作成支援方法の実施の形態＞
次に、図２〜図２０を参照して、上記した全体統合解析モデル作成支援装置100の処理手順（本発明に係る全体統合解析モデル作成支援方法）について具体的に説明する。
なお、以下では、図２に示す機械構造物である流体ポンプを例に取り、全体統合解析のために接続識別子を介して複数の解析領域を接続した解析モデル（全体統合解析モデル）の構築方法とその解析方法について具体的に説明する。
まず、解析対象となる機械構造物（流体ポンプP）の構成について概説すると、図２に示す流体ポンプPは、主に、部品A、部品B、部品C、部品D、部品Eの5個の部品から構成される組立て体である。流体ポンプPは、プランジャと呼ばれる部品Bが上下方向に動いている。また、流体ポンプPの内部（図中の空白部分）は流体で満たされており、その流体は、プランジャ（部品B）が下方に移動してポンプ内の圧力が下がることにより、流入部の先にある弁が開き、流体が流入部から流体ポンプPの内部へ流入する。プランジャ（部品B）が下死点から上方に移動するとポンプ内の圧力が上昇し、流入部の先にある弁が閉じる。さらに、プランジャ（部品B）が上方に移動すると、ポンプ内の圧力が上昇し、吐出弁と呼ばれる部品Dからなる弁が開いて流出部から流体が流出する。プランジャ（部品B）が再び上死点から下方に移動すると、ポンプ内の圧力が下降し、吐出弁（部品D）が閉じる。この吐出弁は、ばね（部品E）により加圧されており、ポンプ内の圧力の上昇及び下降により開閉する。
ここでは、上記した流体ポンプPについて、部品Aと部品Bとから成る加圧室の流路部分（図中の空白部分）と、部品Cと部品Dと部品Eとからなる吐出弁の流路部分との二つの解析領域を接続した全体統合解析のための流体解析向けの解析モデルの構築方法とその解析方法について詳述する。
上記した全体統合解析モデル作成支援装置100の処理手続き（本発明に係る全体統合解析モデル作成支援方法）は、主に、二つのフェーズに区分される。一つ目のフェーズ（フェーズ１）は、解析モデル情報と解析条件情報と境界接続情報とを入力するフェーズである。二つ目のフェーズ（フェーズ２）は、解析実行処理情報を入力し、フェーズ１で入力された情報から複数の解析領域を接続した解析モデル（全体統合解析モデル）を構築し、その解析モデルの性能解析を実行し、その解析結果を表示するフェーズである。図３及び図４はそれぞれ、図１に示す全体統合解析モデル作成支援装置100における処理手順のフェーズ１及びフェーズ２を説明したフローチャートである。
図３に示すように、まず、フェーズ１のS100では、解析モデル入力／表示部101により解析モデル情報を入力する。
具体的には、S100のS101では、解析モデル入力／表示部101により解析モデル情報の入力画面を表示し、操作者は、その解析モデル入力画面を介して、これから解析する解析モデルに関する解析モデル情報を入力する。
図５は、前記解析モデル入力画面の一例を示したものであり、ここでは、操作者により加圧室の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル名として「加圧室」が入力され、解析詳細度として「レベル２」が入力されている（2次元モデルを対象としているので、解析詳細度はレベル２とする）。また、入力された解析モデルは形状を有するので、解析タイプとして「形状ベース」が入力されている。
同様に、操作者は、解析モデル入力画面を介して吐出弁の解析モデルも入力する。ここで、吐出弁においては、異なる解析詳細度を有する複数の解析モデルを入力するものとする。
まず、操作者は、最も解析詳細度の高い解析モデルを入力する。図６は、その解析モデル入力画面の一例を示したものであり、ここでは、操作者により最も解析詳細度の高い解析モデルとして吐出弁の流路部分の3次元モデルが入力されている。また、解析モデル名として「吐出弁」が入力され、解析詳細度として「レベル１」が入力されている（3次元モデルを対象としているので、解析詳細度はレベル１とする）。また、解析タイプとして「形状ベース」が入力されている。
次いで、操作者は、次に解析詳細度の高い解析モデルを入力する。図７は、その解析モデル入力画面の一例を示したものであり、ここでは、操作者により吐出弁の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル名として「吐出弁」が入力され、解析詳細度として「レベル２」が入力されている（2次元モデルを対象としているため）。また、解析タイプとして「形状ベース」が入力されている。
最後に、操作者は、最も解析詳細度の低い解析モデルを入力する。図８は、その解析モデル入力画面の一例を示したものであり、ここでは、操作者により例えば以下の式（１）で与えられるような吐出弁の挙動を表す多項式が入力され、解析モデルとしてその分布が入力されている。また、解析モデル名として「吐出弁」が入力され、解析詳細度として「レベル３」が入力されている（解析モデルが近似式で表されるため、解析詳細度はレベル３とする）。また、入力された解析モデルは形状を有していないため、解析タイプとして「近似式」が入力されている。
Figure 2015200963
なお、上記したS101における操作者による解析モデル情報の入力順番は、順不同である。
S100のS102では、解析モデル入力／表示部101により、S101で入力された加圧室と吐出弁の解析モデル名、解析モデル、解析詳細度、解析タイプを取得する。
S100のS103では、解析モデル入力／表示部101により、S102で得られた情報をデータベース107に入力する。
次に、フェーズ１のS200では、解析条件入力／表示部102により解析条件情報を入力する。
具体的には、S200のS201では、解析条件入力／表示部102によって、解析モデル入力／表示部101によりS100で入力された情報をデータベース107から取得する。
S200のS202では、解析条件入力／表示部102より解析条件情報の入力画面を表示し、操作者は、その解析条件入力画面を介して、解析のための解析条件情報を入力する。
図９は、その解析条件入力画面の一例を示したものであり、図５に示す加圧室の解析モデルに対して解析条件情報を入力するための画面である。ここでは、加圧室の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「加圧室」、解析詳細度「レベル２」、解析タイプ「形状ベース」が表示されている。ここでは、操作者により、2次元流体解析のための解析条件情報が入力され、流体が流入する箇所に入口境界が入力され、流体が流出する箇所に出口境界が入力されている。なお、この入口境界及び出口境界の入力は、例えば解析条件入力画面を介して行うことができる。また、解析条件情報として、入口境界には、ｘ方向の流速Ｕに「0」m/s、ｙ方向の流速Ｖに「0」m/s、ｚ方向の流速Ｗに「1.0*sin(θt)」m/sが入力されている。ここで、θはプランジャの単位時間当たりの回転角を意味し、tは解析における進行時間を意味する。なお、入口境界は、本来プランジャが上下運動するものの、流速Ｗを周期的に与えることで代替している。また、解析条件情報として、出口境界には、「圧力境界」が入力され、流体密度には、「1e+3」kg/m3が入力されている。
同様に、操作者は、解析条件入力画面を介して吐出弁の解析条件情報も入力する。
まず、操作者は、図６に示す解析詳細度が「レベル１」の吐出弁の解析モデルに対する解析条件情報を入力する。図１０は、その解析条件入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の流路部分の3次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル１」、解析タイプ「形状ベース」が表示されている。ここでは、操作者により、3次元流体解析のための解析条件情報が入力され、流体が流入する箇所に入口境界が入力され、流体が流出する箇所に出口境界が入力されている。また、解析条件情報として、入口境界には、ｘ方向の流速Ｕに「5.0*sin(θt)」m/s、ｙ方向の流速Ｖに「0」m/s、ｚ方向の流速Ｗに「0」m/sが入力されている。なお、入口境界については、プランジャの上下運動に基づいて流速Ｕが周期的に与えられている。また、出口境界には、「圧力境界」が入力され、流体密度には、「1e+3」kg/m3が入力されている。
次に、操作者は、図７に示す解析詳細度が「レベル２」の吐出弁の解析モデルに対する解析条件情報を入力する。図１１は、その解析条件入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル２」、解析タイプ「形状ベース」が表示されている。ここでは、操作者により、2次元流体解析のための解析条件情報が入力され、流体が流入する箇所に入口境界が入力され、流体が流出する箇所に出口境界が入力されている。また、解析条件情報として、上記した「レベル１」の吐出弁の解析モデルに対する解析条件情報と同様、入口境界には、ｘ方向の流速Ｕに「5.0*sin(θt)」m/s、ｙ方向の流速Ｖに「0」m/s、ｚ方向の流速Ｗに「0」m/sが入力され、出口境界には、「圧力境界」が入力され、流体密度には、「1e+3」kg/m3が入力されている。
最後に、操作者は、図８に示す解析詳細度が「レベル３」の吐出弁の解析モデルに対する解析条件情報を入力する。図１２は、その解析条件入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の近似式が入力され、解析モデルとしてその近似式を可視化したグラフが表示されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル３」、解析タイプ「近似式」が表示されている。ここでは、操作者により、近似式計算のための解析条件情報が入力され、入力値である主変数Ｘに「5.0*sin(θt)」m/s、Ｙに「1.0e-4*sin(θt)」m/sの値が入力される。なお、主変数は、流量と吐出弁入口圧力を意味しており、プランジャの上下運動に基づいた値が入力されている。また、出力値である従属変数には「流体力」が入力されている。
なお、上記したS202における操作者による解析条件情報の入力順番は、順不同である。
S200のS203では、解析条件入力／表示部102より、S202で入力された解析条件情報などの解析条件情報を取得する。
S200のS204では、解析条件入力／表示部102により、S203で得られた情報をデータベース107に入力する。
次に、フェーズ１のS300は、境界接続情報入力／表示部103により、境界接続情報を入力する。
具体的には、S300のS301では、境界接続情報入力／表示部103によって、解析モデル入力／表示部101や解析条件入力／表示部102によりS100やS200で入力された情報を、データベース107から取得する。
S300のS302では、境界接続情報入力／表示部103より境界接続情報の入力画面を表示し、操作者は、その境界接続情報入力画面を介して、加圧室の流路部分と吐出弁の流路部分の二つの解析領域に存在する解析モデル同士を接続識別子によって接続する（関連付ける）境界接続情報を入力する。
図１３は、その境界接続情報入力画面の一例を示したものであり、図５に示す加圧室の解析モデルに対して、接続する境界と接続識別子からなる境界接続情報を入力するための画面である。ここでは、加圧室の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「加圧室」、解析詳細度「レベル２」が表示されている。また、接続した解析モデルの名称を与えるため、操作者により、解析名として「ポンプ解析」が入力されている。また、接続識別子名に「吐出弁入口」が入力され、2次元モデルに対して接続する境界が入力されている。図１３では、2次元モデルの太線部分に、接続識別子の「吐出弁入口」が設定されている。
次に、操作者は、境界接続情報入力画面を介して吐出弁に対して境界接続情報を入力する。
まず、操作者は、図６に示す解析詳細度が「レベル１」の吐出弁の解析モデルに対する境界接続情報を入力する。図１４は、その境界接続情報入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の流路部分の3次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル１」が表示されている。ここでは、先に入力された加圧室の解析モデルと接続するために、操作者により、解析名として「ポンプ解析」が入力されている。同様に、接続識別子名に「吐出弁入口」が入力され、3次元モデルに対して接続する境界が入力されている。図１４では、3次元モデルの斜線部分に、接続識別子の「吐出弁入口」が設定されている。
次に、操作者は、図７に示す解析詳細度が「レベル２」の吐出弁の解析モデルに対する境界接続情報を入力する。図１５は、その境界接続情報入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の流路部分の2次元モデルが入力されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル２」が表示されている。ここでは、先に入力された加圧室の解析モデルと接続するために、操作者により、解析名として「ポンプ解析」が入力されている。同様に、接続識別子名に「吐出弁入口」が入力され、2次元モデルに対して接続する境界が入力されている。図１５では、2次元モデルの太線部分に、接続識別子の「吐出弁入口」が設定されている。
最後に、操作者は、図８に示す解析詳細度が「レベル３」の吐出弁の解析モデルに対する境界接続情報を入力する。図１６は、その境界接続情報入力画面の一例を示したものであり、吐出弁の近似式が入力され、解析モデルとしてその近似式を可視化したグラフが表示されている。また、解析モデル入力／表示部101により入力された解析モデル名「吐出弁」、解析詳細度「レベル３」が表示されている。ここでは、先に入力された加圧室の解析モデルと接続するために、操作者により、解析名として「ポンプ解析」が入力されている。同様に、接続識別子名に「吐出弁入口」が入力され、近似式に対して接続する変数が入力されている。図１６では、「Ｘ」と「Ｙ」に接続識別子の「吐出弁入口」が設定されている。
S300のS303では、境界接続情報入力／表示部103により、S302で入力された境界接続情報を取得する。
S300のS304では、境界接続情報入力／表示部103により、S303で得られた情報に基づいて、異なる解析領域について作成された解析モデル間の接続関係を確認する画面を表示する。図１７は、その確認画面の一例を示したものであり、境界接続情報入力／表示部103により、解析名に「ポンプ解析」が入力された解析モデルと、その解析モデルに入力された境界接続情報とから、解析名に「ポンプ解析」が入力された解析モデル間の接続関係が構築される。この図１７では、接続された解析モデルの解析名である「ポンプ解析」が表示されると共に、解析モデル名と共に加圧室と吐出弁の解析モデル、及び各解析モデルの解析詳細度が表示されている。また、図１７では、接続識別子である「吐出弁入口」が表示され、各レベルの解析詳細度において、その「吐出弁入口」を通じた加圧室と吐出弁との接続箇所、すなわち境界条件データをやり取りする箇所が可視化されて表示されている。
S300のS305では、操作者は、S304で表示された解析モデル間の接続関係が正しいか否かを判断し、その接続関係が正しければ、図１７に示すＯＫボタンを押してS306へ進み、その接続関係が間違っている場合には、図１７に示す修正ボタンを押してS302に戻り、その接続関係を再入力する。
S300のS306では、境界接続情報入力／表示部103により、S303で得られた情報をデータベース107に入力する。
次に、図４に示すように、フェーズ２のS400では、解析モデル作成・解析制御部105により、解析モデル情報、解析条件情報、境界接続情報、解析実行処理情報から、複数の解析領域に存在する解析モデルを接続した解析モデル（全体統合解析モデル）を構築し、必要に応じてその解析モデルをメッシュ生成し、接続された解析モデルを、指定された解析詳細度に応じて境界情報をやり取りしながら解析計算を実行する。
具体的には、S400のS401では、解析モデル作成・解析制御部105により、解析モデル入力／表示部101、解析条件入力／表示部102、境界接続情報入力／表示部103によりS100、S200、S300で入力された情報を、データベース107から取得する。
S400のS402では、解析実行処理入力／表示部104により、解析実行処理の入力画面を表示し、操作者は、その解析実行処理入力画面を介して、機械構造物の性能解析の実行に要する情報を入力する。
図１８は、その解析実行処理入力画面の一例を示したものであり、加圧室の流路部分と吐出弁の流路部分の二つの解析領域について作成された解析モデル同士を接続識別子によって接続した解析モデルを解析するために、解析名として「ポンプ解析」が表示されている。また、ここでは、解析領域の数は、加圧室と吐出弁の二つであるため、操作者により「2」が入力されている。また、解析領域の数に「2」が入力されているため、二つの解析領域について、解析に利用する解析モデル、その解析モデルの解析詳細度、接続される境界において受取るデータを入力する必要がある。まず、1番目の解析として、流体の流れる方向を鑑みて、操作者により解析モデル名に「加圧室」が入力されている。また、加圧室の解析詳細度は、「レベル２」のみであるため、「レベル２」が入力されている。次に、当該加圧室の接続対象の吐出弁の接続境界で受取るデータとして「圧力」が入力されている。次に、2番目の解析として、操作者により解析モデル名に「吐出弁」が入力されている。吐出弁の解析詳細度は、「レベル１」、「レベル２」、「レベル３」が入力され得るが、ここでは、3次元流体解析を行うため、「レベル１」が入力されている。次に、当該吐出弁の接続対象の加圧室の接続境界で受取るデータとして「速度」が入力されている。次に、最大反復回数として「100」が入力され、収束判定として「1.0e-3」が入力され、最大時間ステップとして「1000」が入力され、時間ステップとして「1.0e-3」が入力される。
S400のS403では、解析モデル作成・解析制御部105により、加圧室と吐出弁の解析モデル情報、解析条件情報、解析接続情報、S402で解析実行処理入力画面を介して入力された情報（解析実行処理情報）に従って、複数の解析領域に存在する解析モデルを接続した解析モデルを構築する。すなわち、加圧室には2次元流体解析のための解析モデルを用い、吐出弁には3次元流体解析のための解析モデルを用い、同じ意味を持つ境界に付与された接続識別子によってその解析モデル同士の接続箇所を特定して、異なる解析領域に存在する解析モデルが接続された解析モデルを構築する。その際、加圧室と吐出弁の解析モデルは「形状モデル」であるため、メッシュ生成も行う。
S400のS404では、解析モデル作成・解析制御部105により、これから解析計算を実行する解析モデルにおいて、S300で入力された境界接続情報に基づいて境界情報を接続先の解析モデルに設定する。具体的には、接続識別子「吐出弁入口」に繋がる吐出弁の境界から圧力情報を取得し、接続識別子「吐出弁入口」に繋がる加圧室の境界にその圧力情報を設定する。なお、最初の解析での圧力は、初期状態での圧力が設定される。
S400のS405では、解析モデル作成・解析制御部105により、I番目の解析を行う。具体的には、まず1番目の解析を行い、最初に、解析条件入力／表示部102によりS200で入力された解析条件情報に基づいて加圧室の2次元流体解析を行う。
S400のS406では、解析モデル作成・解析制御部105により、解析領域の数Iだけ解析したか否か（すなわち、解析領域の数Iだけ全ての解析が終了したか否か）を判断し、全ての解析領域の解析が未完了であると判断した場合にはS404へ進み、全ての解析領域の解析が完了したと判断した場合にはS407に進む。ここでは、例えば、2番目の解析として、解析条件入力／表示部102によりS200で入力された解析条件情報に基づいて吐出弁の3次元流体解析を行う。その際、接続識別子「吐出弁入口」に繋がる吐出弁の境界には、加圧室の境界から取得した速度情報が設定されている。
S400のS406で全ての解析領域の解析が完了したと判断した場合には、S400のS407では、解析モデル作成・解析制御部105により、収束判定を満たしたか否か、または繰返し回数が最大反復回数になったか否かを判断し、収束判定を満たしていない、かつ最大反復回数になっていないと判断した場合には、I=1としてS404に進み、収束判定を満たした、または最大反復回数になったと判断した場合にはS408へ進む。
S400のS408では、解析モデル作成・解析制御部105により、最大時間ステップになったか否かを判断し、最大時間ステップになっていないと判断した場合には、時間ステップΔTだけ解析の時間進行を進めるためにT=T+ΔTとしてS404に進み、最大時間ステップになったと判断した場合にはS409へ進む。
S400のS409では、解析モデル作成・解析制御部105により、S404からS409で得られた解析結果を取得してデータベース107に入力する。
次に、フェーズ２のS500では、解析結果表示部106によって、解析モデル作成・解析制御部105により計算された解析結果を表示する。
具体的には、S500のS501では、例えば、図１９で示すような、横軸に解析ステップ、縦軸に吐出弁にかかる流体力を取った場合の解析結果（解析モデル作成・解析制御部105により計算された解析結果）が表示画面を介して表示される。
次に、図１８に示す解析詳細度とは異なる解析詳細度を設定して性能解析を行う方法について説明する。なお、その場合、図３に示すS100、S200、S300までの処理手順と図４に示すS500の処理手順は、上述した事例と同様であるのでその詳細な説明を省略し、ここでは図４に示すS400の処理手順について詳述する。
図１８に示す解析詳細度（吐出弁の解析詳細度「レベル１」）とは異なる解析詳細度を設定する場合、S400のS401では、解析モデル作成・解析制御部105により、解析モデル入力／表示部101、解析条件入力／表示部102、境界接続情報入力／表示部103によりS100で入力された情報を、データベース107から取得する。
S400のS402では、解析実行処理入力／表示部104により、解析実行処理の入力画面を表示し、操作者は、その解析実行処理入力画面を介して、機械構造物の性能解析の実行に要する情報を入力する。
図２０は、その解析実行処理入力画面の一例を示したものであり、加圧室の流路部分と吐出弁の流路部分の二つの解析領域に存在する解析モデル同士を接続識別子によって接続した解析モデルを解析するために、解析名として「ポンプ解析」が表示されている。また、ここでは、解析領域の数は、加圧室と吐出弁の二つであるため、操作者により「2」が入力されている。また、解析領域の数に「2」が入力されているため、二つの解析領域について、解析に利用する解析モデル、その解析モデルの解析詳細度、接続される境界において受取るデータを入力する必要がある。まず、1番目の解析として、流体の流れる方向を鑑みて、操作者により解析モデル名に「加圧室」が入力されている。また、加圧室の解析詳細度は、「レベル２」のみであるため、「レベル２」が入力されている。次に、当該加圧室の接続対象の吐出弁の接続境界で受取るデータは、接続先の吐出弁の解析では近似式が利用されているため、「無し」が入力されている。次に、2番目の解析として、操作者により解析モデル名に「吐出弁」が入力されている。吐出弁の解析詳細度は、「レベル１」、「レベル２」、「レベル３」が入力され得るが、ここでは、近似式を利用した解析を行うため、「レベル３」が入力されている。次に、当該吐出弁の接続対象の加圧室の接続境界で受取るデータは、S302における吐出弁の解析詳細度「レベル３」の境界情報の入力において、「Ｘ」と「Ｙ」に解析識別子「吐出弁入口」が入力されたため、受取るデータは二つであり、受取るデータ（Ｘ）には「速度」が入力され、受取るデータ（Ｙ）には「圧力」が入力されている。次に、最大反復回数としては、1番目の解析である加圧室の解析で受取るデータが無いため、反復無しを意味する「1」が入力される。次に、収束判定として「1.0e-3」が入力される。なお、この収束判定の数値は、反復無しであるために無視されることとなる。次に、最大時間ステップとして「1000」が入力され、時間ステップとして「1.0e-3」が入力される。
S400のS403では、解析モデル作成・解析制御部105により、加圧室と吐出弁の解析モデル情報、解析条件情報、解析接続情報、S402で解析実行処理入力画面を介して入力された情報（解析実行処理情報）に従って、複数の解析領域に存在する解析モデルを接続した解析モデルを構築する。すなわち、加圧室には2次元流体解析のための解析モデルを用い、吐出弁には近似式の解析モデルを用い、同じ意味を持つ境界に付与された接続識別子によってその解析モデル同士の接続箇所を特定して、異なる解析領域に存在する解析モデルが接続された解析モデルを構築する。その際、加圧室の解析モデルは「形状モデル」であるため、メッシュ生成も行う。
S400のS404では、解析モデル作成・解析制御部105により、これから解析計算を実行する解析モデルにおいて、S300で入力された境界接続情報に基づいて境界情報を接続先の解析モデルに設定する。具体的には、加圧室の解析において、受取るデータが無いため、S202で入力された圧力が設定される（図１２参照）。
S400のS405では、解析モデル作成・解析制御部105により、I番目の解析を行う。具体的には、まず1番目の解析を行い、最初に、解析条件入力／表示部102によりS200で入力された解析条件情報に基づいて加圧室の2次元流体解析を行う。
S400のS406では、解析モデル作成・解析制御部105により、解析領域の数Iだけ解析したか否か（すなわち、解析領域の数Iだけ全ての解析が終了したか否か）を判断し、全ての解析領域の解析が未完了であると判断した場合にはS404へ進み、全ての解析領域の解析が完了したと判断した場合にはS407に進む。ここでは、例えば、2番目の解析として、解析条件入力／表示部102によりS200で入力された解析条件情報に基づいて吐出弁の近似式を利用した解析計算を行う。その際、接続識別子「吐出弁入口」に繋がる吐出弁の二つの境界のうち、「Ｘ」には、加圧室の境界から取得した速度情報が入力され、「Ｙ」には加圧室の境界から取得した圧力情報が入力されている。
S400のS406で全ての解析領域の解析が完了したと判断した場合には、S400のS407では、解析モデル作成・解析制御部105により、収束判定を満たしたか否か、または繰返し回数が最大反復回数になったか否かを判断する。ここでは、上記したように、最大反復回数に「1」が入力されているため、自動的にS408へ進む。
S400のS408では、解析モデル作成・解析制御部105により、最大時間ステップになったか否かを判断し、最大時間ステップになっていないと判断した場合には、時間ステップΔTだけ解析の時間進行を進めるためにT=T+ΔTとしてS404に進み、最大時間ステップになったと判断した場合にはS409へ進む。
S400のS409では、解析モデル作成・解析制御部105により、S404からS409で得られた解析結果を取得してデータベース107に入力する。
このように、本実施の形態では、複数の解析領域を繋げた全体統合解析を行うに当たり、異なる解析領域について作成された解析モデル同士を接続する境界条件の設定のために、同じ意味を持つ境界に共通（単一）の接続識別子を与え、その接続識別子を介して複数の解析領域について作成された解析モデル同士を接続した一体の全体統合解析モデルを利用して性能解析を実施する。このような接続識別子を用いて解析モデル間を関連付けることで、例えば、流体ポンプ等の機械構造物のシステム全体の効率等の性能を算出する際に、詳細度が異なる解析モデルを切替えた場合であっても、新たに接続情報を入力する必要がなく、それぞれの解析領域の解析モデル同士を接続した全体統合解析モデルを容易に構築することができる。また、新たに解析詳細度が異なる解析モデルを追加した場合であっても、接続先の異なる解析詳細度を有する解析モデル毎の境界に対してその解析モデルを直接繋げる必要がなく、前記接続識別子にその解析モデルを繋げることで複数の解析領域に存在する解析モデル同士を接続した解析モデルを容易に構築することができる。そのため、解析モデルの構築時間や性能解析のための解析作業時間を効果的に短縮することができる。
また、本実施の形態では、接続識別子を介して接続される各解析モデルの境界接続情報から、解析モデル間の接続関係を表すマップを作成し、そのマップを表示画面を介して操作者に表示する、特にその接続識別子に繋がる各解析モデルの接続箇所を図示しながらそのマップを表示画面を介して操作者に表示することで、操作者は、解析モデルの境界条件の設定ミス等を容易に把握することができるため、性能解析に用いる全体統合解析モデルを精緻に構築することができる。
なお、上記した実施の形態では、2番目（吐出弁）の解析に近似式を用いた場合に、1番目（加圧室）の解析の受取るデータは「無し」としたが、例えば、吐出弁の解析モデルに、1番目の解析の受け渡しに必要な近似式を入力して、1番目の解析の受取るデータを入力することもできる。
また、上記した実施の形態では、吐出弁の解析に用いる近似式に多項式を使用したが、例えば、ルックアップテーブルやニューラルネットワークのような応答曲面モデルを入力することも可能である。
また、上記した実施の形態では、吐出弁の解析モデルの解析詳細度として、３種類の解析詳細度を入力したが、新たな解析詳細度を入力することによりその他の解析詳細度を有する解析モデルを入力することも可能である。また、加圧室の解析モデルとして、１種類の解析詳細度の解析モデルを入力したが、新たな解析詳細度を入力することによりその他の解析詳細度を有する加圧室の解析モデルを入力することも可能である。
また、上記した実施の形態では、機械構造物に対する性能解析として非定常の流体解析を実施したが、定常流体解析を実施することも可能である。
さらに、上記した実施の形態では、同一の計算機で各解析領域の解析計算を実施しているが、例えば、ネットワーク環境を利用することにより異なる計算機で各解析領域の解析計算を実施することも可能である。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
100 全体統合解析モデル作成支援装置
101 解析モデル入力／表示部
102 解析条件入力／表示部
103 境界接続情報入力／表示部
104 解析実行処理入力／表示部
105 解析モデル作成・解析制御部
106 解析結果表示部
107 データベース
108 計算機

Claims (9)

  1. 複数の解析領域について作成された解析モデル同士を統合した全体統合解析モデルの作成を支援する全体統合解析モデル作成支援装置であって、
    前記全体統合解析モデル作成支援装置は、一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、前記一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと前記他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合するようになっていることを特徴とする全体統合解析モデル作成支援装置。
  2. 前記全体統合解析モデル作成支援装置は、前記接続識別子を介した解析モデル間の接続関係を表示するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の全体統合解析モデル作成支援装置。
  3. 前記全体統合解析モデル作成支援装置は、前記接続識別子に繋がる各解析モデルの接続箇所を表示するようになっていることを特徴とする、請求項２に記載の全体統合解析モデル作成支援装置。
  4. 前記全体統合解析モデル作成支援装置は、前記接続識別子を介して接続された前記一方の解析領域について作成された解析モデルと前記他方の解析領域について作成された解析モデルとに基づき、各解析領域について性能解析を実行するようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の全体統合解析モデル作成支援装置。
  5. 複数の解析領域について作成された解析モデル同士を統合した全体統合解析モデルの作成を支援する全体統合解析モデル作成支援方法であって、
    一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとの間でデータの授受を行う境界を結び付ける接続識別子を介して、前記一方の解析領域について作成された少なくとも一つの解析モデルと前記他方の解析領域について作成された複数の解析モデルとを接続して統合することを特徴とする全体統合解析モデル作成支援方法。
  6. 前記接続識別子を介した解析モデル間の接続関係を表示することを特徴とする、請求項５に記載の全体統合解析モデル作成支援方法。
  7. 前記接続識別子に繋がる各解析モデルの接続箇所を表示することを特徴とする、請求項６に記載の全体統合解析モデル作成支援方法。
  8. 前記接続識別子を介して接続された一方の解析領域について作成された解析モデルと他方の解析領域について作成された解析モデルとに基づき、各解析領域について性能解析を実行することを特徴とする、請求項５に記載の全体統合解析モデル作成支援方法。
  9. 解析モデルに関する解析モデル情報を表示するステップと、解析条件に関する解析条件情報を表示するステップと、解析モデル間の境界接続に関する境界接続情報であって前記接続識別子を含む境界接続情報を表示するステップと、を含む、請求項５に記載の全体統合解析モデル作成支援方法。
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