JP2020095378A

JP2020095378A - 設計支援装置および設計支援方法

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Publication number: JP2020095378A
Application number: JP2018231514A
Authority: JP
Inventors: 一朗片岡; Ichiro Kataoka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: JP7264632B2; WO2020121610A1

Abstract

【課題】本発明は、予め３Ｄ−ＣＡＤデータに表現されていない形状であっても、その新たな形状に対する設計ルールを追加し、その新たな形状を、追加された設計ルールに紐づけることができる設計支援装置を提供する。【解決手段】本発明の設計支援装置は、形状を有する３次元画像データを入力し、新規の形状を有する３次元画像データを作成する形状作成部と、作成された新規の形状を有する３次元画像データに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとを使用して、新規の形状を認識し、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識部と、定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成部と、を有すること特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、設計支援装置および設計支援方法に関する。

従来、コンピュータソフトウェアを使用して、機械構造物を設計する場合、設計した機械構造物の形状が加工できるか否か判断するため、３次元画像データ（３Ｄ−ＣＡＤ(computer aided design)データ）などを使用して、製造できるか否か判断する。

この技術分野の背景技術として、特開２０１３−８８９７０号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、新規のデザイン形状と既存のデザイン形状との差異を算出し、算出した差異に基づいて、既存のデザイン形状を新規のデザイン形状に近づける変形ルールを作成する変形ルール作成部を備え、変形ルール作成部は、新規のデザイン形状と既存のデザイン形状との差異を算出し、算出した差異に基づいて仮の変形ルールを作成し、作成された仮の変形ルールに基づいて、既存の内板形状及び成形形状を変形し、その変形中の形状の、基準からの乖離度に基づいて、最終的な変形ルールを作成する形状データ作成システムが記載されている（要約参照）。

特開２０１３−８８９７０号公報

特許文献１には、仮の変形ルールに基づいて、最終的な変形ルールを作成する（変形ルールを変更する）形状データ作成システムが記載されている。しかし、特許文献１の記載される形状データ作成システムは、予め３Ｄ−ＣＡＤデータに表現されている形状であれば、その形状の差異に基づいて、変形ルールを変更することもできるが、予め３Ｄ−ＣＡＤデータに表現されていない形状については考慮されていない。

そこで、本発明は、予め３Ｄ−ＣＡＤデータに表現されていない形状であっても、その新たな形状に対する設計ルールを追加し、その新たな形状を、追加された設計ルールに紐づけることができる設計支援装置および設計支援方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の設計支援装置は、形状を有する３次元画像データを入力し、新規の形状を有する３次元画像データを作成する形状作成部と、作成された新規の形状を有する３次元画像データに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとを使用して、新規の形状を認識し、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識部と、定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成部と、を有すること特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の設計支援方法は、形状を有する３次元画像データを入力し、新規の形状を有する３次元画像データを作成する形状作成工程と、作成された新規の形状を有する３次元画像データに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとを使用して、新規の形状を認識し、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識工程と、定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成工程と、を有すること特徴とする。

本発明によれば、予め３Ｄ−ＣＡＤデータに表現されていない形状であっても、その新たな形状に対する設計ルールを追加し、その新たな形状を、追加された設計ルールに紐づけることができる設計支援装置および設計支援方法を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本実施例に記載する設計支援装置を説明する構成図である。本実施例に記載する設計支援装置にて実行される処理手順（フェーズ１）を示す説明図である。本実施例における形状を定義する表示画面を説明する説明図である。本実施例における設計ルールの追加を説明する説明図である。実施例２に記載する設計支援装置にて実行される処理手順（フェーズ２）を示す説明図である。実施例２における設計ルールによるチェック画面を説明する説明図である。

以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、同一の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

図１は、本実施例に記載する設計支援装置を説明する構成図である。

本実施例に記載する設計支援装置は、３次元画像データ（以下「３Ｄ−ＣＡＤデータ」と称する）１０１、形状作成部１０２、特徴形状認識部１０３、設計ルール作成部１０４、形状認識用設計ルール１０５、特徴形状データベース（以下、データベースを「ＤＢ」と表記する）１０６、設計ルールＤＢ１０７を有する。

３Ｄ−ＣＡＤデータ１０１は、基本的な図形の３Ｄ−ＣＡＤデータであり、その３Ｄ−ＣＡＤデータが保存されているＤＢでもある。

形状作成部１０２は、３Ｄ−ＣＡＤデータ１０１に保存されている３Ｄ−ＣＡＤデータを入力する。そして、３Ｄ−ＣＡＤデータが入力された後に、操作者が入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状の寸法（数値）や曲線（種類）を変更し、新たな形状（新規に作成する３Ｄ−ＣＡＤデータ）を作成するための画面を表示する。操作者は、この画面にて、新たな形状と形状の種類を定義するラベルとを設定することになる。そして新たな形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットを作成する。

つまり、形状作成部１０２は、形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータを入力し、新たな（新規の）形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。

そして、本実施例に記載する設計支援方法の第一の工程は、形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータを入力し、新たな（新規の）形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する形状作成工程である。

なお、特徴形状ＤＢ１０６は、形状作成部１０２にて作成された新たな形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットを、将来の教師データとして保存する。

特徴形状認識部１０３は、操作者が新規に作成する新規の形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、特徴形状ＤＢ１０６に保存されている形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセット（教師データ）を使用して、設計ルールＤＢ１０７に保存されているラベルに対応する設計ルールを準備する。

つまり、特徴形状認識部１０３は、作成された新規の形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットを使用して、新規の形状を認識する。そして、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する。

そして、本実施例に記載する設計支援方法の第二の工程は、作成された新規の形状を有する３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットを使用して、新規の形状を認識し、そして、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識工程である。

なお、設計ルールＤＢ１０７は、設計ルールが保存されているＤＢである。

設計ルール作成部１０４は、形状作成部１０２にて作成された新たな形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセット（定義された新規の形状に対応するラベルを含むデータセット）と、設計ルールＤＢ１０７に保存されている設計ルールと、を入力し、データセットに含まれているラベルが、設計ルールに記載されているか否かを検索する。

つまり、設計ルール作成部１０４は、定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する。

そして、本実施例に記載する設計支援方法の第三の工程は、定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成工程である。

検索の結果、データセットに含まれているラベルが、設計ルールに記載されている場合には、その設計ルールにデータセットの形状を紐づけ、設計ルールとして追加し、形状認識用設計ルール１０５を更新する。なお、更新された設計ルールは、設計ルールＤＢに保存される。

ここで、形状認識用設計ルール１０５は、その形状に対応する設計ルールである。

これにより、３Ｄ−ＣＡＤデータにて表現されている種々の形状に対応した設計ルールの作成が可能である。そして、製造性評価の範囲が拡大し、設計における製造性の抜け漏れを防止することができる。さらに、製造性評価における抜け漏れ防止により、製品の信頼性を向上させることができる。

図２は、本実施例に記載する設計支援装置にて実行される処理手順（フェーズ１）を示す説明図である。

本フェーズは、入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、新たな形状（新規形状）を作成し、この新規形状とラベルとのデータセットを作成した後、設計ルールＤＢ１０７に保存されている設計ルールに記載されているラベルを検索し、データセットのラベルと同じラベルが存在する場合には、データセットの新規形状とその設計ルールとを紐づけし、その新規形状に対する新たな形状認識用設計ルール１０５を作成するものである。

形状作成部１０２より基本的な図形の３Ｄ−ＣＡＤデータ１０１（基本図形（ＣＡＤ）を入力する（S201）。

入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状の寸法（数値）や曲線（種類）を変更する部位を選択する（S202）。

選択された部位に基づいて、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状の寸法（数値）や曲線（種類）を変更する（S203）。なお、ここで数値とは、形状の寸法（例えば、10ｍｍ、20ｍｍ等）を意味し、種類とは、形状を表す曲線の種類（例えば、円、楕円、自由曲線等）を意味する。

例えば、選択された部位が円筒形状（円筒部品）の場合、その円筒形状の内部空間の断面の属性を、円から自由曲線に変換し、円筒の高さや直径等の寸法を具体的な数値（10ｍｍ、20ｍｍ等）に変更する。

そして、新規形状（新たな形状）を作成する（S204）。

作成した新規形状に基づいて、新たな形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットを作成する。そして、この新たな形状がどのラベル（例えば、ボス、リブ等の部品）に対応するかを設定する（S205）。

設定されたラベルに対応する設計ルールを読み込む（S206）。

その後、設定されたラベルに対応する設計ルールを検索する（S207）。

検索の結果に基づいて、設定されたラベルに対応する設計ルールがあるか否かを判定する（S208）。

設定されたラベルに対応する設計ルールがある場合には、設計ルールを追加し、設計ルールＤＢ１０７に保存する（S209）。

図３は、本実施例における形状を定義する表示画面を説明する説明図であり、図２に記載される処理手順（フェーズ１）を実行するための表示画面である。

操作者は、この表示画面（S301）に基づいて、形状作成部１０２より入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状（基本的な形状：S302）の寸法（数値）や曲線（種類）を変更する部位を選択（矢印）する。本実施例では、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状が円筒形状（円筒部品）であり、特に、その円筒形状の内部空間の断面（部位）を選択している。

そして、円筒形状の内部空間の断面（部位）の属性を、種類（S305）から変更する。本実施例では、円（現在の表示）から自由曲線（図示なし）に変更する。

さらに、円筒の高さや直径等の寸法を数値（S306）から具体的な寸法に変更する。本実施例では、円筒の直径を20ｍｍ（現在の表示）から15ｍｍ（図示なし）に変更する。

その後、形状作成（S308）の決定を実行する。

これにより、基本的な形状（S302）から新たな形状（S303）を作成する。

その後、新たな形状（S303）に対応するラベル（S304）を定義する。本実施例では、基本的な形状（S302）がラベル「ボス」であることに基づいて、新たな形状（S303）もラベル「ボス」であると判定している。

そして、新たな形状（S303）とラベルとの対応を設定するラベル設定（S307）の決定を実行する。

図４、本実施例における設計ルールの追加を説明する説明図である。

図４に記載される上図は、設計ルールＤＢ１０７に保存されている設計ルール(S401)である。例えば、設計ルール(S401)には、ルールＩＤ(S402)、ラベルに関する条件(S403)、条件判定による結果(S404)が記載されている。

本実施例に記載される設計ルール(S401)は、例えば、ルールＩＤ(S402)１に、ラベルに関する条件(S403)として「円筒面＋平面」、条件判定による結果(S404)として「ボス形状」と記載され、ルールＩＤ(S402)２に、ラベルに関する条件(S403)として「ボス形状＋ベース面」、条件判定による結果(S404)として「円とベース面の端線との間の距離測定」と記載され、ルールＩＤ(S402)３に、ラベルに関する条件(S403)として「円とベース面の端線との間の距離＜10ｍｍ」、条件判定による結果(S404)として「違反箇所ハイライト」と記載されている。

そして、設定されたラベル（本実施例では「ボス形状」）に対応する設計ルールを検索した結果、設定されたラベルに対応する設計ルールがある場合には、設計ルールを追加する。つまり、新規形状（本実施例では「ボス形状」）に対応するキーワードが、図４に記載される上図に含まれている場合には、ルールＩＤ(S402)４(S406)が追加され、ルールＩＤ(S402)４(S406)には、ラベルに関する条件(S403)として「新規形状＝ボス形状」、条件判定による結果(S404)として「円とベース面の端線との間の距離測定」と記載される。

これにより、新しい設計ルールが追加され、新規形状に関しても、円とベース面の端線との間の距離測定が必要である旨が記載される。

そして、ルールＩＤ(S402)４(S406)が追加されたことにより、ルールＩＤ(S402)２とルールＩＤ(S402)３との関係と同様に、ルールＩＤ(S402)４(S406)に対応して、ルールＩＤ(S402)３(S407)が作成され、ラベルに関する条件(S403)として「円とベース面の端線との間の距離＜10ｍｍ」、条件判定による結果(S404)として「違反箇所ハイライト」と記載される。

これにより、新規形状についても、製造性評価における抜け漏れ防止により、製品の信頼性を向上させることができる。

本実施例によれば、３Ｄ−ＣＡＤデータを新たに作成することができ、３Ｄ−ＣＡＤデータの形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットのパターンを増加させることができる。

つまり、本実施例では、コンピュータソフトウェアを使用して、機械構造物を設計する場合、設計した機械構造物の形状が加工できるか否かを、３Ｄ−ＣＡＤデータを使用して、製造できるか否か判断することができる。

そして、本実施例に記載する設計支援装置や設計支援方法は、コンピュータを使用して、機械構造物を自動的に認識し、設計した機械構造物の形状が加工できるか否かを、製造段階で認識するのではなく、設計段階で認識することができる。

また、本実施例では、予めＤＢに保存することなく、特徴となる形状が３Ｄ−ＣＡＤデータとして表現され、それをソフトウェアとして認識することができるため、それを設計ルールと対応づけることができる。予めＤＢに保存すること必要がないため、形状と形状の種類を定義するラベルとのデータセットのパターンを、予めＤＢに保存するために、多大な時間を必要としない。

図５は、実施例２に記載する設計支援装置にて実行される処理手順（フェーズ２）を示す説明図である。

本フェーズは、操作者が新規に３Ｄ−ＣＡＤデータを使用して、形状の製造性を評価するため、新規形状を認識し、設計ルールＤＢ１０７に保存されている設計ルールを使用して、形状の加工が可能か否かを判定し、表示するものである。

形状作成部１０２より、操作者が検討すべき図形の３Ｄ−ＣＡＤデータを新規に入力する（S210）。

入力された３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて、特徴形状認識部１０３にて、特徴形状を認識し、特徴形状ＤＢ１０６に保存されている形状から、その特徴形状と類似する形状を検索し、検索された類似する形状から、そのラベルを出力する（S211）。

類似する形状の検索方法としては、形状に関するデータをベクトルなどの方法で数値化し、ベクトルの内積などで類似性を評価する方法や、形状に関するデータを２次元画像のセットにした後、機械学習による類似性を評価する方法等が、使用される。

出力されたラベルに対応する設計ルールを設計ルールＤＢ１０７から読み込む（S212）。

その後、設定されたラベルに対応する設計ルールを検索し、検索の結果に基づいて、設定されたラベルに対応する設計ルールがあるか否かを判定する（S213）。

設定されたラベルに対応する設計ルールがある場合には、この設計ルールに基づいて、製造性の判定を実行する（S214）。

その後、設計ルールを追加し、設計ルールＤＢ１０７に保存し、製造性の判定の結果を表示画面に表示する（S215）。

図６は、実施例２における設計ルールによるチェック画面を説明する説明図であり、図５に記載されるフェーズ２にて、操作者が検討すべき新規形状（特徴形状）の製造性を評価した結果を示めす表示画面である。

操作者が製造性を評価するため、表示画面(501)に新規形状(502)を表示する。
その後、例えばメニュー画面である設計チェック(503)を実行する。

この設計チェック(503)では、特徴形状認識部１０３にて認識された形状とラベルとの情報を使用して、実施例１に記載される検索と同様に、設計ルールＤＢ１０７に保存されている設計ルールを検索する。

設計ルールに、例えば「ボス」に関する情報が記載されている場合には、設計ルールによる判定を実行する。例えば、実施例１に記載される、例えば、ルールＩＤ(S402)４(S406)に対応するルールＩＤ(S402)３(S407)による判定が実行される。

そして、例えば、「円とベース面の端線との間の距離測定」が実行され、この距離が７ｍｍであった場合（製造するために必要な寸法が守られていない場合）には、「円とベース面の端線との間の距離＜10ｍｍ」と判定され、違反箇所がハイライト(504)されると共に、違反箇所が強調表示され、修正内容(505)、例えば「円とベース面の端線との間の距離は10ｍｍ以上空けること」等が表示される。

これにより、設計した機械構造物の形状が加工できるか否かを、製造段階で認識するのではなく、設計段階で認識することができることになる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１０１３Ｄ−ＣＡＤデータ
１０２形状作成部
１０３特徴形状認識部
１０４設計ルール作成部
１０５形状認識用設計ルール
１０６特徴形状ＤＢ
１０７設計ルールＤＢ

Claims

形状を有する３次元画像データを入力し、新規の形状を有する３次元画像データを作成する形状作成部と、
作成された新規の形状を有する３次元画像データに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとを使用して、新規の形状を認識し、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識部と、
定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成部と、
を有すること特徴とする設計支援装置。
前記形状作成部は、操作者が、入力された３次元画像データに基づいて、形状の数値や種類を変更するための画面を表示することを特徴とする請求項１に記載する設計支援装置。
前記形状作成部は、操作者が、さらに、形状の数値や種類の変更に基づいて、形状の種類を定義するラベルを定義するための画面を表示することを特徴とする請求項２に記載する設計支援装置。
前記特徴形状認識部にて認識された新規の形状および新規の形状に対応するラベルを保存する特徴形状データベースと、
前記設計ルール作成部にて検索された新規の形状に対応するラベルが記載されている設計ルールを保存する設計ルールデータベースと、
有することを特徴とする請求項１に記載する設計支援装置。
形状を有する３次元画像データを入力し、新規の形状を有する３次元画像データを作成する形状作成工程と、
作成された新規の形状を有する３次元画像データに基づいて、形状と形状の種類を定義するラベルとを使用して、新規の形状を認識し、認識された新規の形状に基づいて、新規の形状に対応するラベルを定義する特徴形状認識工程と、
定義された新規の形状に対応するラベルが、保存されている設計ルールに記載されているか否かを検索する設計ルール作成工程と、
を有すること特徴とする設計支援方法。
前記形状作成工程は、操作者が、入力された３次元画像データに基づいて、形状の数値や種類を変更するための画面を表示することを特徴とする請求項５に記載する設計支援方法。
前記形状作成工程は、操作者が、さらに、形状の数値や種類の変更に基づいて、形状の種類を定義するラベルを定義するための画面を表示することを特徴とする請求項６に記載する設計支援方法。