JP3099614B2 - 設計方法および設計支援システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形加工および機械加
工を順に経て製造される製品を設計する方法および支援
システムに関するものであり、特に、その製品の基本形
状から機械加工前の形状と機械加工後の形状とをそれぞ
れ求める作業の自動化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製品は一般に、設計，試作，試験，解
析，シミュレーション，性能・信頼性評価等を含む製品
設計工程や、工程設計，型設計，型製造等を含む生産準
備工程等を経て、加工，組立，検査等を含む製造工程
（量産工程）に移行し、完成品に至る。それら製品設計
工程および生産準備工程を含む一連の設計工程（製造工
程前までの工程）の内容および順序は製品の種類によっ
て異なるが、例えば、自動車製造の分野では、製品の基
本形状の設計が終了すると、その設計が適当であるか否
かの確認のために製品形状のモデル化が開始され、その
モデルを用いて試作，試験等が開始され、現段階の製品
設計が適当ではないと判断されれば、設計変更が行わ
れ、適当であると判断されれば、生産準備工程に移行す
るのが標準的である。

【０００３】そのような一連の設計工程における設計手
法の一従来例は次のようなものである。すなわち、製品
設計工程においては、製品の基本形状から直接に、実際
に製造されることとなる製品の形状を事前に予測し、そ
れを表すデータを作成して、それに基づいて試験等を行
い、一方、生産準備工程における型設計においては、成
形加工のために製品の基本形状に加えるべき修正（例え
ば、抜き勾配付与，角部丸み付け等）と、機械加工によ
り製品から除去されるべき取り代とをそれぞれ製品の基
本形状に付与することにより、型設計のためのデータを
作成し、それに基づいて型を製造するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の設
計手法においては、製品の基本形状から直接に試験等の
ためのデータが作成されるため、そのデータに製造工程
における事情を十分に反映させることが困難であった。
そのため、そのデータにより表される形状、すなわち、
実際に製造されると予測された製品の形状と、実際に製
造された製品の形状とが十分に一致しない場合があると
いう問題があった。予測された製品の形状は試験等で用
いられるため、結局、既に行われた試験等の結果が信頼
性に欠けることとなり、実際の製品形状を反映したデー
タを改めて作成して試験等をやり直さなければならない
場合もあった。

【０００５】また、次のような問題もあった。すなわ
ち、この従来の設計手法においては、原則として設計が
適当であるとの判断をまって型設計に移行するが、この
場合には型設計を早期に開始して早期に終了させるのに
限界があり、設計から完成品に至るまでのリードタイム
を十分に短縮することができないという問題もあったの
である。

【０００６】このような事情を背景にし、請求項１の発
明は、成形加工および機械加工を順に経て製造される製
品の基本形状から直接に機械加工後の形状を求めるので
はなく、機械加工前の形状から機械加工後の形状を求め
る設計方法を提供することにより、事前に求めた機械加
工後の形状と実際の形状とができる限り正確に一致する
ようにすることを課題としてなされたものである。

【０００７】また、請求項２の発明は、成形加工および
機械加工を順に経て製造される製品の基本形状から直接
に機械加工後の形状を求めるのではなく、機械加工前の
形状から機械加工後の形状を求める作業を支援するシス
テムを提供することにより、事前に求めた機械加工後の
形状と実際の形状とができる限り正確に一致するように
することを課題としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】それぞれの課題を解決す
るために、請求項１の発明は、成形加工および機械加工
を順に経て製造される製品の基本形状から機械加工前の
形状と機械加工後の形状とをそれぞれ求める方法であっ
て、コンピュータに対し、前記製品の基本形状と、前記
成形加工のために前記製品の基本形状に加えるべき修正
と、前記機械加工によって前記製品から除去されるべき
取り代とをそれぞれ入力し、コンピュータにより、入力
された基本形状に入力された修正および取り代を加える
ことによって前記機械加工前の製品形状を求め、その
後、その求めた機械加工前の製品形状から入力された取
り代を除去することによって前記機械加工後の製品形状
を求めるものとされている。

【０００９】なお、ここに「成形加工」には例えば、鋳
造，鍛造等がある。また、「機械加工」には例えば、切
削，研削等がある。

【００１０】また、「機械加工前の製品形状」は例え
ば、成形型の設計等に使用され、また、「機械加工後の
製品形状」は例えば、試験，試作，分析，評価等に使用
される。

【００１１】また、「設計者が入力する」行為とは、設
計者の意図に従って結果的にコンピュータに情報が供給
されることとなる行為すべてを意味しており、設計者が
入力手段を介して直接にコンピュータに情報を供給する
場合に限らず、例えば、設計者が入力手段を介してコン
ピュータに転送指令のみ入力し、コンピュータがそれに
応答して外部記憶装置からそれに予め記憶されている情
報を読み出してコンピュータ内に取り込む場合も含まれ
る。

【００１２】請求項２の発明は、成形加工および機械加
工を順に経て製造される製品の基本形状から機械加工前
の形状と機械加工後の形状とをそれぞれ求める作業を支
援するシステムであって、(a) 前記製品の基本形状と、
前記成形加工のために前記製品の基本形状に加えるべき
修正と、前記機械加工によって前記製品から除去される
べき取り代とをそれぞれ入力可能な入力手段と、(b) 入
力された基本形状に入力された修正および取り代を加え
ることによって前記機械加工前の製品形状を求め、その
後、その求めた機械加工前の製品形状から入力された取
り代を除去することによって前記機械加工後の製品形状
を求める処理手段と、(c) 製品形状を画面に表示する表
示手段とを含むものとされている。

【００１３】

【作用】機械加工前の製品形状すなわち成形加工後の製
品形状（粗形材の製品形状ともいう）は、製品の基本形
状に成形加工のための修正と機械加工による取り代とを
加えたものと実質的に一致するはずである。その修正に
は例えば、抜き勾配，角部の丸み付け等がある。一方、
機械加工後の製品形状は、機械加工前の製品形状から取
り代を除去したものと実質的に一致するはずである。し
たがって、機械加工後の製品形状を製品の基本形状から
ではなく、機械加工前の製品形状から求めることが可能
となり、この場合には、機械加工後の製品形状を製品の
基本形状から直接に求める従来の場合に比較して、成形
加工および機械加工の影響をより正確に反映して機械加
工後の製品形状を事前に求めることが容易となる。

【００１４】このような知見に基づき、請求項１の発明
に係る設計方法においては、コンピュータにより、製品
の基本形状に成形加工のための修正と機械加工による取
り代とを加えることによって機械加工前の製品形状を求
め、その後、製品の基本形状からではなく、その求めた
機械加工前の製品形状から機械加工後の製品形状を求め
る。機械加工前の製品形状から機械加工による取り代を
除去することによって機械加工後の製品形状を求めるの
である。

【００１５】また、請求項２の発明に係る設計支援シス
テムにおいては、請求項１の発明により利用された事実
と同じ事実を利用することにより、入力手段により、製
品の基本形状と成形加工のための修正と機械加工による
取り代とがそれぞれ入力され、処理手段により、入力さ
れた基本形状に入力された修正および取り代を加えるこ
とによって機械加工前の製品形状が求められ、その後、
その求められた機械加工前の製品形状から入力された取
り代を除去することによって機械加工後の製品形状が求
められる。また、表示手段により製品形状が画面に表示
される。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、各請求
項の発明によれば、成形加工および機械加工の影響をよ
り正確に反映して機械加工後の製品形状を事前に求める
ことが容易となるため、機械加工後の製品形状の取得精
度を容易に向上させ得るという効果が得られる。したが
って、そのようにして求められた機械加工後の製品形状
を用いて実行される試験，評価，分析等の精度も容易に
向上させることができ、ひいては試験等のやり直しをで
きる限り少なくすることができるという効果も得られ
る。

【００１７】試験等は機械加工後の製品形状が求められ
た後に行われることとなるが、各請求項の発明によれ
ば、その試験等に先立って機械加工前の製品形状が求め
られることになる。一方、この機械加工前の製品形状は
型設計等に用いられる。したがって、各請求項の発明に
よれば、試験等に先立った型設計等が可能となり、設計
から完成品に至るまでのリードタイムを容易に短縮し得
るという効果も得られる。

【００１８】

【実施例】以下、請求項１または２の各発明を図示の実
施例に基づいて具体的に説明する。

【００１９】図２に示すシステムは、製品の設計・製造
工程のうちの設計工程において使用される設計支援シス
テムであるが、このシステムを詳しく説明する前に、ま
ず、その設計・製造工程を図４に基づいて具体的に説明
する。

【００２０】この設計・製造工程は、概略的に説明すれ
ば、成形加工および機械加工を順に経て製造される製品
（例えば、自動車のエンジンのコネクティングロッド，
操舵機構のステアリングナックル等）を設計するための
ものであり、(a) 製品設計工程と、(b) 解析（試験）・
試作・評価工程と、(c) 型設計，型製作等を行う生産準
備工程と、(d) 製造工程とを含んでいる。

【００２１】具体的に説明すれば、まず、ステップＳ１
０（以下、単にＳ１０で表す。他のステップについても
同じ）において、設計者による製品設計が行われる。こ
の製品設計においては、主に、製品の基本形状が図面を
用いて二次元で設計される。次に、Ｓ２０において、図
２に示す設計支援システムを用いることにより、設計さ
れた製品の基本形状に基づき、製品の基本形状のソリッ
ドモデルデータの作成と、成形加工後の素材である粗形
材のソリッドモデルデータの作成と、試験品のソリッド
モデルデータの作成とがそれぞれ行われる。粗形材ソリ
ッドモデルデータは成形型の設計等に用いられ、試験品
ソリッドモデルデータは試験，解析，試作，評価等に用
いられる。なお、本実施例においては、粗形材の形状が
各請求項の発明における「機械加工前の製品形状」に該
当し、試験品の形状が「機械加工後の製品形状」に該当
する。

【００２２】その後、Ｓ３０において、作成された試験
品のソリッドモデルデータに基づき、試験，解析，試
作，評価等が行われる。製品の基本形状が現状のままで
適当であるか否かが判断されるのである。適当であると
判断された場合には、Ｓ４０の判定がＹＥＳとなって、
Ｓ５０以下のステップに移行するが、適当ではないと判
断された場合には、Ｓ４０の判定がＮＯとなって、Ｓ１
０に戻り、設計変更が行われる。

【００２３】製品の基本形状が適当である判断された後
には、Ｓ５０において、型設計が行われる。Ｓ２０にお
いて作成された粗形材のソリッドモデルデータに基づい
て型形状データが作成されるのである。その後、Ｓ６０
において、作成された型形状データに基づいて型製作が
行われ、続いて、Ｓ７０において製品製造が行われる。
製作された成形型による成形加工および機械加工が順に
行われるのである。以上で一連の設計・製造工程が終了
する。

【００２４】図２に示す設計支援システムは、入出力装
置と処理装置と表示装置とを含むように構成されてい
る。入出力装置は、例えば、キーボード１０，マウス１
２，ライトペン（またはデジタイザのスタイラスペン）
１４，ジョイスティック１６，ダイアル（ファンクショ
ン選択手段）１８等の入力装置２０や、ハードコピー２
２，プロッタ２４等の出力装置３０や、磁気ディスク装
置３２，磁気テープ装置３４，ＣＤ−ＲＯＭ装置３６等
の補助記憶装置４０等を含むように構成されている。表
示装置５０は、コンピュータを主体とするグラフィック
コントローラ５２，ＣＲＴ装置５４等を含むように構成
されている。

【００２５】この設計支援システムを利用すれば、設計
者は、ＣＲＴ装置５４の画面上に表示された製品形状を
見ながら入力装置２０を操作することによって設計を行
うことができる。また、設計された製品形状はデータと
して補助記憶装置４０に格納して保存したり、ハードコ
ピー２２またはプロッタ２４により紙の上に出力するこ
とができる。

【００２６】なお、この設計支援システムは、伝送路６
０を経て図示しない他のシステムに接続されており、互
いに共同してネットワークを構成している。

【００２７】処理装置７０は、図３に示すように、ＣＰ
Ｕ７２，ＲＯＭ７４およびＲＡＭ７６を含むコンピュー
タ７８を主体として構成されている。ＲＯＭ７４に設計
支援のためのプログラムが予め記憶されており、ＣＰＵ
７２は設計者からの指令に従いこの設計支援プログラム
を実行する。以下、このプログラムを図１のフローチャ
ートに基づいて具体的に説明する。

【００２８】まず、Ｓ１００において、設計者による入
力装置２０の操作に基づき、製品の基本形状を表すデー
タが入力される。例えば、基本断面等が二次元で入力さ
れるのである。次に、Ｓ１１０において、設計者の操作
に基づき、その基本断面に対して集合演算等を行うこと
により基本形状全体のソリッドモデルデータが作成され
る。なお、設計者の操作に基づき、二次元データの入力
なしで最初からソリッドモデルデータを作成することは
もちろん可能である。

【００２９】続いて、Ｓ１２０において、設計者による
操作に基づき、成形加工のために基本形状に付与するこ
とを希望する抜き勾配および角部半径がそれぞれ入力さ
れ、成形型の見切り面も入力される。角部半径は、製品
の基本形状における角部に丸み付けをするかまたは丸み
を増すために、各角部に関連付けて入力される。このス
テップにおいてはさらに、成形加工に後続する機械加工
により製品から除去されることを予定されている取り代
も入力される。この取り代も該当部分に関連付けて入力
される。

【００３０】その後、Ｓ１３０〜１５０において、粗形
材ソリッドモデルデータが作成される。

【００３１】まず、Ｓ１３０において、基本形状ソリッ
ドモデルデータに基づき、入力された取り代を基本形状
ソリッドモデルに加えることにより、暫定の粗形材ソリ
ッドモデルを表すデータが作成され、次に、Ｓ１４０に
おいて、作成された暫定の粗形材ソリッドモデルデータ
が、入力された見切り面と抜き勾配との下に修正され、
続いて、Ｓ１５０において、修正された粗形材ソリッド
モデルデータが再び、入力された角部半径の下に修正さ
れる。以上で粗形材ソリッドモデルデータの作成が完了
する。

【００３２】なお、本実施例においては、製品形状が、
実体の有無についての情報（製品外側と内側とを区別す
る情報）をも有するソリッドモデルによって表現される
ため、基本形状への取り代の付与や角部の丸み付けをコ
ンピュータにより簡単に行うことができる。

【００３３】その後、Ｓ１６０において、作成された粗
形材ソリッドモデルデータが例えば補助記憶装置４０に
格納されたり、伝送路６０を経て型設計部門等に送信さ
れる。

【００３４】その後、Ｓ１７０において、作成された粗
形材ソリッドモデルデータに基づき、それに基づいて想
定される粗形材から前記入力された取り代を除去するこ
とにより、試験品ソリッドモデルデータが作成される。
作成された試験品ソリッドモデルデータは、Ｓ１８０に
おいて、前記Ｓ１６０におけると同様に、例えば補助記
憶装置４０に格納されたり、伝送路６０を経て試験部門
等に送信される。以上でこのプログラムの一回の実行が
終了する。

【００３５】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、製品の基本形状から直接に機械加工後の形
状が求められるのではなく、まず機械加工前の形状が求
められ、その機械加工前の形状を基準として機械加工後
の形状が求められるため、製品の基本形状から直接に機
械加工後の形状を求める場合に比べて、事前に求めた機
械加工後の形状と実際に製造された製品の形状とが正確
に一致することとなり、その機械加工後の形状に基づく
試験等の結果の信頼性が向上し、試験等のやり直しを極
力少なくすることができるという効果が得られる。

【００３６】従来の設計・製造工程においても同様に、
試験等に合格しなければ、型設計等に移行することはな
いが、本実施例においては、試験等の前に粗形材データ
が作成され、従来に比べて早い時期に粗形材データの作
成が可能となるため、設計から完成品に至るまでの期間
である生産のリードタイムを容易に短縮し得るという効
果も得られる。

【００３７】また、本実施例においては、製品設計およ
び型設計がソリッドモデルを用いて行われるようになっ
ているため、ワイヤフレームモデルまたはサーフェスモ
デルのみを用いる場合に比べて、設計者の意図を正確に
製品に反映させることが容易となり、設計品質が向上す
るとともに、生産のリードタイムを容易に短縮し得ると
いう特有の効果も得られる。ただし、ソリッドモデル以
外のモデルを用いた設計において各請求項の発明を実施
することができるのはもちろんである。

【００３８】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、図１の設計支援プログラムによって請求項
１の発明に係る設計方法が実施されるのである。また、
入力装置２０が処理装置７０のうち図１の１００〜１２
０を実行する部分と共同して請求項２の発明における
「入力手段」の一例を構成し、同図のＳ１３０〜１８０
を実行する部分が「処理手段」の一例を構成し、表示装
置５０が「表示手段」の一例を構成しているのである。

【００３９】なお付言すれば、本出願人は、各請求項の
発明完成に先立ち、機械加工後の製品形状を製品の基本
形状に成形加工のための修正のみを加えることによって
基本形状から直接かつ事前に精度よく求める手法を案出
した。ただし、設計工程においては必ず、機械加工後の
製品形状のみならず機械加工前の製品形状も必要である
から、上記案出した手法を採用する場合には、もちろ
ん、機械加工前の製品形状を製品の基本形状から求める
工程も必要となる。

【００４０】したがって、機械加工前の製品形状および
機械加工後の製品形状をそれぞれ事前に精度よく求める
手法として、各請求項の発明におけるように、製品の基
本形状から機械加工前の形状と機械加工後の形状とを順
に連続的に求める手法のみならず、上記のように、製品
の基本形状から機械加工前の形状と機械加工後の形状と
をそれぞれ互いに独立に求める手法も存在することにな
る。しかし、後者の手法を採用する場合には、コンピュ
ータの処理が複雑になるおそれがある。なぜなら、後者
の手法を採用する場合には、機械加工後の製品形状が製
品の基本形状に成形加工のための修正のみを加えること
によって求められる点で、機械加工前の製品形状から取
り代を除去することによって求められる前者の場合と異
なり、一方、成形加工のための修正を加えるデータ処理
の方が機械加工による取り代を加えたり除去したりする
データ処理より一般に複雑であるからである。したがっ
て、データ処理の簡単化が容易な点で各請求項の発明の
方が有利であると考えられる。

【００４１】以上、各請求項の発明を図示の実施例に基
づいて具体的に説明したが、この他にも、特許請求の範
囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の
変形，改良を施した態様で各請求項の発明を実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各請求項の発明に共通の一実施例に係る設計支
援プログラムを示すフローチャートである。

【図２】上記実施例に係る設計支援システムのハードウ
ェア機器構成を示す図である。

【図３】図２における処理装置の構成を概念的に示す図
である。

【図４】上記設計支援システムが使用される製品設計・
製造工程の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２０ 入力装置 ３０ 出力装置 ４０ 補助記憶装置 ５０ 表示装置 ７０ 処理装置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形加工および機械加工を順に経て製造さ
   れる製品の基本形状から機械加工前の形状と機械加工後
   の形状とをそれぞれ求める方法であって、 コンピュータに対し、前記製品の基本形状と、前記成形
   加工のために前記製品の基本形状に加えるべき修正と、
   前記機械加工によって前記製品から除去されるべき取り
   代とをそれぞれ入力し、コンピュータにより、入力され
   た基本形状に入力された修正および取り代を加えること
   によって前記機械加工前の製品形状を求め、その後、そ
   の求めた機械加工前の製品形状から前記入力された取り
   代を除去することによって前記機械加工後の製品形状を
   求めることを特徴とするコンピュータを用いた設計方
   法。
2. 【請求項２】成形加工および機械加工を順に経て製造さ
   れる製品の基本形状から機械加工前の形状と機械加工後
   の形状とをそれぞれ求める作業を支援するシステムであ
   って、 前記製品の基本形状と、前記成形加工のために前記製品
   の基本形状に加えるべき修正と、前記機械加工によって
   前記製品から除去されるべき取り代とをそれぞれ入力可
   能な入力手段と、 入力された基本形状に入力された修正および取り代を加
   えることによって前記機械加工前の製品形状を求め、そ
   の後、その求めた機械加工前の製品形状から入力された
   取り代を除去することによって前記機械加工後の製品形
   状を求める処理手段と、 製品形状を画面に表示する表示手段とを含むことを特徴
   とする設計支援システム。