JP2018018410A - 設計支援方法、設計支援プログラムおよび設計支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】数値解析用のモデルから簡易に３次元ＣＡＤモデルを作成する。【解決手段】設計支援装置１０は、数値解析プログラムＰ１上の構造物モデルを用いて構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを自動的に作成する。節点データ取得部１０２は、構造物モデル内の節点の識別情報および座標データを取得する。要素データ取得部１０４は、構造物モデル内の要素の識別情報および要素を構成する節点の識別番号を取得する。コマンド群生成部１０６は、上記情報を用いて３次元ＣＡＤプログラムＰ２に構造物モデル内の全ての要素を描画させるためのコマンド群を生成する。３次元ＣＡＤプログラムＰ２にコマンド群を実行させると、構造物モデルに対応した３次元ＣＡＤモデルが生成される。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の設計を支援する設計支援方法、設計支援プログラムおよび設計支援装置に関する。

従来、コンピュータを用いた構造物の設計や数値解析が広く実施されている。
例えば下記特許文献１は、３次元ＣＡＤモデルデータから、形状モデルの締結部を検索し、締結対象部品、締結位置及び締結部材を部品締結データとして登録する。この部品締結データに対応する締結モデル作成オブジェクトを締結モデル作成オブジェクトデータベースから検索し、締結モデル作成オブジェクトに登録されている締結モデル作成処理を実行し締結モデルを作成し、この締結モデルと中立面モデルを合成し解析モデルを作成する。

特開２００１−２６５８３６号公報

上述した従来技術は、３次元ＣＡＤモデルから数値解析用の解析モデルを作成している。一方で、開発の順序によっては、数値解析用のモデルから３次元ＣＡＤモデルを作成したい場合もある。従来、このような場合には、ＣＡＤプログラム上で個々の要素を手動で作成しており、モデル作成に多大な時間を要し、また作業に際して人為的ミスが発生する可能性があった。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、数値解析用のモデルから簡易に３次元ＣＡＤモデルを作成することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる設計支援方法は、数値解析プログラム上の構造物モデルを用いて前記構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを自動的に作成するための設計支援方法であって、前記構造物モデル内の節点の識別情報および座標データを取得する節点データ取得ステップと、前記構造物モデル内の要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を取得する要素データ取得ステップと、前記節点の識別情報、前記座標データ、前記要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を用いて、３次元ＣＡＤプログラムに前記構造物モデル内の全ての前記要素を描画させるためのコマンド群を生成するコマンド群生成ステップと、前記３次元ＣＡＤプログラムに前記コマンド群を実行させて前記３次元ＣＡＤモデルを生成するＣＡＤモデル生成ステップと、を含んだことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる設計支援方法は、前記コマンド群生成ステップでは、前記座標データを用いて隣り合う前記節点間をつなぐ線分を描画し、前記線分で囲まれた領域を平面とし、前記平面で囲まれた領域を前記要素として前記識別番号を付与する前記コマンド群を生成する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる設計支援方法は、前記要素データ取得ステップでは、それぞれの前記要素を構成する材料を特定する材料情報を取得し、前記コマンド群生成ステップでは、描画した前記要素に対して前記材料を指定するコマンドを含めて前記コマンド列を生成する、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる設計支援プログラムは、請求項１から３記載の設計支援方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
請求項５の発明にかかる設計支援装置は、数値解析プログラム上の構造物モデルを用いて前記構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを自動的に作成するための設計支援装置であって、前記構造物モデル内の節点の識別情報および座標データを取得する節点データ取得部と、前記構造物モデル内の要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を取得する要素データ取得部と、前記節点の識別情報、前記座標データ、前記要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を用いて、３次元ＣＡＤプログラムに前記構造物モデル内の全ての前記要素を描画させるためのコマンド群を生成するコマンド群生成部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、数値解析用の構造物モデルを用いて、３次元ＣＡＤプログラムに３次元ＣＡＤモデルを自動描画させるコマンド群を生成するので、短時間で３次元ＣＡＤモデルを作成することができる。また、人間が１つ１つの要素を手動で作成する場合と比較して、人為的ミスが生じる可能性を大幅に低減することができる。

実施の形態にかかる設計支援装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 設計支援装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。 数値解析プログラムＰ１上で表示された構造物モデル２０の一例を示す説明図である。 節点データ入力画面３００の一例を示す説明図である。 要素データ入力画面４００の一例を示す説明図である。 スクリプトファイル作成画面５００の一例を示す説明図である。 スクリプトファイルＤ３の一例を示す説明図である。 ３次元ＣＡＤプログラムＰ２上で表示された３次元ＣＡＤモデル７００の一例を示す説明図である。 設計支援装置１０による処理手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる設計支援方法、設計支援プログラムおよび設計支援装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかる設計支援装置１０の機能的構成を示すブロック図、図２は、設計支援装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。
図２に示すように、設計支援装置１０は、ＣＰＵ２０２と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ２０４、ＲＡＭ２０６、ハードディスク装置２０８、ディスク装置２１０、キーボード２１２、マウス２１４、ディスプレイ２１６、プリンタ２１８、入出力インターフェース２２０などを有する一般的なコンピュータである。
ＲＯＭ２０４は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ２０６はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置２０８は本発明にかかる設計支援プログラムを格納している。
ディスク装置２１０はＣＤやＤＶＤなどの記録媒体に対してデータの記録および／または再生を行うものである。
キーボード２１２およびマウス２１４は、ユーザによる操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ２１６はデータを表示出力するものであり、プリンタ２１８はデータを印刷出力するものであり、ディスプレイ２１６およびプリンタ２１８によってデータを出力する。
入出力インターフェース２２０は、他の情報機器やネットワーク等との間でデータの授受を行うものである。

図１に示すように、設計支援装置１０（コンピュータ）は、上記ＣＰＵ２０２が上記設計支援プログラムを実行することにより、節点データ取得部１０２、要素データ取得部１０４、コマンド群生成部１０６として機能する。
ここで、設計支援装置１０は、数値解析プログラムＰ１上の構造物モデル（構造物モデルデータＤ１）を用いて構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデル（３次元ＣＡＤモデルデータＤ２）を自動的に作成する。

図３は、数値解析プログラムＰ１上で表示された構造物モデル２０の一例を示す説明図である。
図３に示すように、構造物モデル２０は、構造物を多数の要素に分割したものである。各要素の頂点が節点であり、各要素の幾何的形状は節点の座標により定義される。また、図３の構造物モデルは３次元直交座標を座標系としている。
構造物モデル２０は、数値解析プログラムＰ１上で生成され、構造物モデルデータＤ１として保存される。構造物モデルデータＤ１には、構造物モデル２０内の節点の識別情報および座標データ、構造物モデル２０内の要素の識別情報および要素を構成する節点の識別番号、それぞれの要素を構成する材料を特定する材料情報などが含まれている。

節点データ取得部１０２は、構造物モデル内の節点の識別情報および座標データ（以下、「節点データ」という）を取得する。
節点データ取得部１０２は、例えばユーザから設計支援プログラムの起動の指示があると、図４に示す節点データ入力画面３００を設計支援装置１０のディスプレイ２１６に表示し、ユーザから構造物モデル内の節点データの入力を受け付ける。ユーザは、構造物モデルデータＤ１内の節点データをコピーし、節点データ入力画面３００上の所定の位置にペーストすることにより、節点データの入力を行う。
図４の節点データ入力画面３００は、表計算ソフトのように格子状のセルが並んでおり、構造物モデル２０上の節点の通し番号（識別情報）３０２、座標系の種類３０４、Ｘ座標値３０６、Ｙ座標値３０８、Ｚ座標値３１０を入力する。
節点データ入力画面３００の下部には複数のタブ３２０〜３２５が表示されており、所望のタブをクリックすることにより表示を切り替えることが可能である。節点データ入力画面３００は、Ｎｏｄｅタブ３２２を選択することにより表示される。

要素データ取得部１０４は、構造物モデル内の要素の識別情報および要素を構成する節点の識別番号（以下、「要素データ」という）を取得する。
要素データ取得部１０４は、例えば図５に示す要素データ入力画面４００を設計支援装置１０のディスプレイ２１６に表示し、ユーザから構造物モデルデータＤ１内の要素データの入力を受け付ける。ユーザは、構造物モデルデータＤ１内の要素データをコピーし、要素データ入力画面４００上の所定の位置にペーストすることにより、要素データの入力を行う。
図５の要素データ入力画面４００には、構造物モデル２０を構成する要素の通し番号（識別情報）４０２、要素のタイプ（形状）４０４、要素の材料を特定する材料番号４０８、要素の特性を特定する特性番号４１０、要素を構成する節点の識別番号４１２を入力する。なお、図示の都合上、節点の識別番号４１２は５つのみ図示されているが、例えば要素の形状が６面体である場合には８つの節点により構成されており、識別番号も８つ入力することになる。
要素データ入力画面４００は、Ｅｌｍ＿３Ｄタブ３２６を選択することにより表示される。

コマンド群生成部１０６は、節点データおよび要素データ（節点の識別情報、節点の座標データ、要素の識別情報および要素を構成する節点の識別番号）を用いて、３次元ＣＡＤプログラムＰ２に構造物モデル内の全ての要素を描画させるためのコマンド群を生成する。コマンド群生成部１０６は、例えば節点データに含まれる節点の座標データを用いて隣り合う節点間をつなぐ線分を描画し、線分で囲まれた領域を平面とし、平面で囲まれた領域を要素として、要素を特定する識別番号を付与するコマンド群を生成する。また、コマンド群生成部１０６は、描画した要素に対して材料が指定されている場合には、要素の材料を指定するコマンドを含めてコマンド列を生成する。
コマンド群生成部１０６は、例えば図６に示すスクリプトファイル作成画面５００を設計支援装置１０のディスプレイ２１６に表示し、スクリプトファイル作成ボタン５０６が押下された場合に、３次元ＣＡＤプログラムＰ２に構造物モデル内の要素を描画させるためのコマンド群を記述したスクリプトファイルＤ３（図７参照）を生成する。なお、スクリプトファイル作成画面５００は、メニュータブ３２０を選択することにより表示される。
スクリプトファイル作成ボタン５０６の近傍には、生成したスクリプトファイルの保存場所情報５０２が表示される。スクリプトファイルの保存場所を変更したい場合には、変更ボタン５０４を押下して、所望の保存場所を指定する。

このように生成されたスクリプトファイル（コマンド群）を、ユーザは３次元ＣＡＤプログラムのコマンドラインにコピー＆ペーストする。すなわち、生成されたスクリプトファイルＤ３をテキストエディタ等で開き、記述されている文字列（コマンド群）をコピーして、３次元ＣＡＤプログラムのコマンドラインにペーストし、実行を指示する。
この結果、３次元ＣＡＤプログラム上に図８に示すような３次元ＣＡＤモデル７００が生成され、画面上の３次元ＣＡＤモデル７００に対応する３次元ＣＡＤモデルデータＤ２が生成される。
この３次元ＣＡＤモデル７００は、多数の要素によって構成されており、各要素に識別情報が付加されているため、要素ごとに特性等を色分けした図（コンター図など）を容易に図示することができる。例えば、３次元ＣＡＤモデル７００が示す構造物が所定の条件で加熱された際の各要素ごとの温度値および温度値に対応する色を指定することにより、当該構造物の温度分布を容易に図示することができる。

図９は、設計支援装置１０による処理手順を示すフローチャートである。
設計支援装置１０は、まず、節点データ取得部１０２により対象となる構造物モデル内の節点データ（節点の識別情報および座標データ）を取得する（ステップＳ９００）。
つぎに、要素データ取得部１０４により構造物モデル内の要素データ（要素の識別情報および要素を構成する節点の識別番号）を取得する（ステップＳ９０２）。
ユーザからスクリプトファイル（コマンド群）の作成が指示されると（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、コマンド群生成部１０６は、３次元ＣＡＤプログラムＰ２に構造物モデル内の全ての要素を描画させるためのコマンド群を記述したスクリプトファイルＤ３を生成する（ステップＳ９０６）。
ユーザが３次元ＣＡＤプログラムＰ２にスクリプトファイルＤ３の実行を指示すると（ステップＳ９０８：Ｙｅｓ）、３次元ＣＡＤプログラムＰ２は、スクリプトファイルＤ３に含まれるコマンド群を実行して、構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを生成する（ステップＳ９１０）。

以上説明したように、実施の形態にかかる設計支援装置１０によれば、数値解析用の構造物モデルを用いて、３次元ＣＡＤプログラムＰ２に３次元ＣＡＤモデルを自動描画させるコマンド群を生成するので、短時間で３次元ＣＡＤモデルを作成することができる。
また、人間が１つ１つの要素を手動で作成する場合と比較して、人為的ミスが生じる可能性を大幅に低減することができる。

なお、本実施の形態では、設計支援装置１０に数値解析プログラムＰ１および３次元ＣＡＤプログラムＰ２がインストールされているものとしたが、設計支援装置１０に必ずしもこれらのプログラムがインストールされている必要はない。例えば数値解析プログラムＰ１が他のコンピュータにインストールされている場合には、ネットワークまたはＵＳＢメモリ等の記録媒体を介して、当該他のコンピュータから構造物モデルデータＤ１内の各種データを取得すればよい。
同様に、３次元ＣＡＤプログラムＰ２についても、コマンド群生成部１０６で生成したスクリプトファイルを、ネットワークまたはＵＳＢメモリ等の記録媒体を介して、３次元ＣＡＤプログラムＰ２がインストールされた他のコンピュータに対して提供し、他のコンピュータの３次元ＣＡＤプログラムＰ２上でスクリプトファイルを実行してもよい。

１０ 設計支援装置
１０２ 節点データ取得部
１０４ 要素データ取得部
１０６ コマンド群生成部
Ｄ１ 構造物モデルデータ
Ｄ２ ３次元ＣＡＤモデルデータ
Ｄ３ スクリプトファイル
Ｐ１ 数値解析プログラム
Ｐ２ ３次元ＣＡＤプログラム

Claims (5)

1. 数値解析プログラム上の構造物モデルを用いて前記構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを自動的に作成するための設計支援方法であって、
   前記構造物モデル内の節点の識別情報および座標データを取得する節点データ取得ステップと、
   前記構造物モデル内の要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を取得する要素データ取得ステップと、
   前記節点の識別情報、前記座標データ、前記要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を用いて、３次元ＣＡＤプログラムに前記構造物モデル内の全ての前記要素を描画させるためのコマンド群を生成するコマンド群生成ステップと、
   前記３次元ＣＡＤプログラムに前記コマンド群を実行させて前記３次元ＣＡＤモデルを生成するＣＡＤモデル生成ステップと、
   を含んだことを特徴とする設計支援方法。
2. 前記コマンド群生成ステップでは、前記座標データを用いて隣り合う前記節点間をつなぐ線分を描画し、前記線分で囲まれた領域を平面とし、前記平面で囲まれた領域を前記要素として前記識別番号を付与する前記コマンド群を生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
3. 前記要素データ取得ステップでは、それぞれの前記要素を構成する材料を特定する材料情報を取得し、
   前記コマンド群生成ステップでは、描画した前記要素に対して前記材料を指定するコマンドを含めて前記コマンド列を生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の設計支援方法。
4. 請求項１から３記載の設計支援方法をコンピュータに実行させるための設計支援プログラム。
5. 数値解析プログラム上の構造物モデルを用いて前記構造物モデルに対応する３次元ＣＡＤモデルを自動的に作成するための設計支援装置であって、
   前記構造物モデル内の節点の識別情報および座標データを取得する節点データ取得部と、
   前記構造物モデル内の要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を取得する要素データ取得部と、
   前記節点の識別情報、前記座標データ、前記要素の識別情報および前記要素を構成する節点の識別番号を用いて、３次元ＣＡＤプログラムに前記構造物モデル内の全ての前記要素を描画させるためのコマンド群を生成するコマンド群生成部と、
   を備えることを特徴とする設計支援装置。

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