JP3654450B2 - Ｃａｄシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、機械製品のように複数の部品やユニットが階層的に組み合わされて構成される装置を設計するのに有用なＣＡＤシステムに関するものであり、特に概略構成設計から詳細（細部）設計へ進むトップダウンによる機械設計に適したＣＡＤシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ装置などの多数のユニット、部品からなる大規模な製品を設計する場合、いきなりローラやヘッダなどの個々の部品の形状設計から始めることはなく、まず吸紙部や圧着部などより大きな機能単位（ユニットと呼ぶ）のレベルで製品全体をどのように構成するかを決め、その後、ユニット毎にそのユニットを構成する個々の部品の形状を設計する手順で行われる。このような設計手法は一般にトップダウン設計と呼ばれている。
【０００３】
図１２は、機械製品の一般的構成を示したもので、１つの製品は、複数のユニット（１，２，３）で構成され、各ユニットもまたそれぞれ複数の部品で構成される階層構造をもっている。たとえばユニット１は部品１１，１２，１３で構成されているが、それらの部品自体が小さなユニットになっていてさらに複数の小さな部品で構成されていることもあり得る。大規模な製品の場合、ユニット数や部品数は相当な数となり、設計作業量もそれに応じて多くなるので複数の設計者によって分割設計されるのが普通である。しかし従来のＣＡＤシステムでは、製品全体の構成（レイアウト）設計で生成されたユニット単位でのみ分割が可能となっている。図の例では、ユニット１〜ユニット３のユニットレベルの構成つまり製品内のレイアウトの設計を設計者Ａが行い、そのうちユニット３内の部品３１，３２のレイアウトおよび形状設計は設計者Ｂが担当している。この場合、設計者Ａによるユニットのレイアウト設計は、設計者Ｂによる部品の形状設計に時期的に先行して行われる。そのため、設計者Ｂの設計の都合で設計者Ａがユニット３のレイアウト設計を変更する必要が生じたり、それがさらに他のユニット１，２の設計にも影響して、その部品の形状設計の修正が要求される場合がある。
【０００４】
図１３は、従来のＣＡＤシステムによるトップダウン設計の例を示したもので、図１３の（ａ）は設計例のユニット構成であり、単純化のため部品Ｘ、部品Ｙからなる１つのユニットＺが示されている。図１３の（ｂ）はトップダウン設計のフローであり、以下のように行われる。
▲１▼．ユニットＺを構成する部品Ｘと部品Ｙとの部品間の位置関係を、正面図および側面図などで２次元的に定義する。たとえば、部品Ｘの軸Ａと部品Ｙの軸Ｂは一致すること、部品Ｘの面Ｃと部品Ｙの面Ｄの間の距離は１０であること、などである。
▲２▼．部品Ｘの３次元形状を定義する（部品形状設計）。
▲３▼．部品Ｙの３次元形状を定義する（部品形状設計）。
▲４▼．部品Ｘの軸Ａ、面Ｃなどの各要素に、部品間の位置の関係付けに使用した名前を付けて管理する。
▲５▼．部品Ｙの軸Ｂ、面Ｄなどの各要素に、部品間の位置の関係付けに使用した名前を付けて管理する。
▲６▼．▲２▼および▲３▼で定義された形状の部品Ｘ，Ｙを、▲１▼で定義された部品間の位置関係を利用して組み立て編集し（▲４▼，▲５▼で付けた名前が用いられる）、完成する。
【０００５】
このような従来のＣＡＤシステムによる設計方法には次のような問題があった。
（１）部品形状は部品毎に定義され、部品の形状定義体は対応する部品の名前にリンクされており、また上位のユニットは個々の部品の位置関係（レイアウト）を定義しているのみであるため、複数の部品形状を関連づけて、まとめて定義し生成することができなかった。つまり複数の部品間にまたがるような各部品の形状と位置の定義を一箇所で行うことができなかった。そのため、ある部品、ユニットに設計変更などが発生すると、それに関連する部品、ユニットを設計者がいちいちチェックして検出し、それぞれの形状定義体等を個別に修正する必要があり、一括修正ができなかった。その結果、修正作業に時間がかかり、また修正洩れが生じる可能性があった。
（２）設計単位を任意のレベル、大きさで分割することができなかった。すなわち、製品全体の構成（レイアウト）設計時に生成されたユニットが設計を分割できる最小単位であった。
（３）ユニットには、軽量化、小型化の目的などで実装されないものや、外形を表すためのものなど、実体がなく、部品群が空間内に占める大きさや位置を表現するだけの仮想的なものがあり得るが、従来のＣＡＤシステムでは、このような仮想的なものを扱うことができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、関連するユニット、部品の定義を、まとめて生成、修正することができ、また設計単位を任意の大きさで分割することができ、さらには使用を省略した場合に実体のないユニット、部品を仮想的に取り扱うことのできるＣＡＤシステムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＡＤシステムは、関係付けされた一群の部品の形状を部品毎に定義する形状定義体情報を、関係付けされた一群の部品について各部品の位置を管理する部品管理情報と結合させて管理する定義体管理部と、前記部品を分割し詳細化したときに該部品のレイアウト情報を管理するための部品管理情報を、前記形状定義体情報を除いた少なくとも部品名と階層構造上のリンク情報とを含む管理情報が設定されていて部品の実体の有無を表す実体属性フラグにより仮想化することができる部品データと結合させて管理する部品管理部とにより構成される。この本発明のＣＡＤシステムにおいては、実体属性フラグにより部品ごとに実体の有無を示すことができるので、実体がなくとも、仮想的な部品の取り扱いを可能にされる。また、関係付けされた一群の部品について各部品の位置を管理する部品管理情報（本明細書では以後、アセンブリと呼ぶ）が設けられて、部品相互間の関係が一括管理されるとともに、各部品の形状定義体情報が一括管理されるので、関連する部品の形状定義体の生成、修正をまとめて行うことが可能にされる。またアセンブリの情報を介して、設計単位とする部品の分割の仕方を任意に設定可能にされる。
【０００８】
図１は、本発明の原理説明図である。
図１において、
１は、ホストであり、ＣＰＵ、メモリ等のハードウェアとプログラムで構成される。
２は、ＣＡＤ処理部であり、その機能はプログラムとハードウェアにより実現される。
３は、入力部であり、外部からデータやコマンド等の情報を取り込む処理を行う。
４は、出力部であり、ＣＡＤ処理部２による処理データやシステム情報などが出力処理される。
５は、キーボードである。
６は、マウスである。
７は、ディスプレイである。
８は、ディスク等のＤＡＳＤ装置である。
９は、部品（あるいはユニット）の概略形状やレイアウトの設計処理を行うレイアウト処理部である。
１０は、関係付けされた一群の部品のレイアウト情報、すなわち部品の位置や部品相互の関係などを示す部品管理情報であるアセンブリを生成、参照、更新する処理を行う部品管理部である。
１１は、部品の詳細形状を生成あるいは修正する部品生成処理部である。
１２は、関係付けされた一群の部品の形状定義体情報をまとめて管理する定義体管理部である。
１３ないし１５は、部品データであり、形状定義体の情報を除く部品名や階層構造上のリンク情報などの管理情報が設定されている。
１６は、部品管理情報のアセンブリであり、一群の部品の相互関係を示すレイアウト情報をもつ。
１７は、アセンブリ１６に設定されている一群の部品のレイアウト情報である。
１８は、アセンブリ１６に結合して管理されている一群の部品の形状定義体情報である。
１９ないし２１は、それぞれ部品１３ないし１５についての実体の有無を表す実体属性フラグである。
【０００９】
【作用】
図２ないし図４を用いて、本発明の作用を従来例と対比しながら説明する。図２は部品の生成、変更の説明図、図３は設計単位分割の説明図、図４は詳細化の説明図である。
【００１０】
図２の（ａ）は、１つの設計単位に属する部品Ａ、部品Ｂを別々に生成した従来例であり、部品Ａと部品Ｂの各々に形状定義体がもたされている。また部品Ａ，Ｂを管理するアセンブリは、部品Ａ，Ｂの位置を管理しているだけである。
【００１１】
図２の（ｂ）は、これに対して本発明により１つの設計単位内の部品Ａ，Ｂ，Ｃがまとめて生成されている場合を示す。部品Ａ，Ｂ，Ｃの各形状と位置の情報は、上位のアセンブリＺでまとめて管理される。なお図示されているアセンブリＡ，Ｂ，Ｃはこの場合使用されていない。部品Ａ，Ｂ，Ｃは、アセンブリＺを用いて関係付けされて同時生成されているため、個々の部品には形状定義体はなく、個々の部品の形状を変更するには、上位のアセンブリＺをアクセスして、形状定義体を読み出し修正する。またアセンブリＺの形状定義を変更すると、関連する部品の形状は一括して変更される。
【００１２】
図３の（ａ）は、従来例における分割方法を示す。分割単位はアセンブリによって管理されている単位の部品であり、部品をさらに小さく分割することはできない。これはアセンブリが、分割された部品を管理する手段をもたないからである。
【００１３】
図３の（ｂ）は、本発明による分割方法を示す。たとえば部品Ｃを分割して部品Ｃ１を取り出す場合、部品Ｃ１を管理する情報をもつアセンブリＣ１を生成し、アセンブリＣにリンクする形で分割することができる。つまりアセンブリＣにより、分割した部品Ｃ１を管理可能にするものである。
【００１４】
図４の（ａ）は、分割した部品を詳細化し、図３の（ｂ）の部品Ｃを新しいユニットとみなして新規部品を形状設計し追加した状態を示す。図４の（ｂ）は、詳細化した部品を元の図３の（ｂ）部品Ｃと合成し、製品全体を再構築して追加した部品の形状定義をアセンブリＺの形状定義体に反映させた状態を示す。
【００１５】
このようにして、本発明では、レイアウト設計で生成された任意の部品を分割して詳細化することが可能にされる。
【００１６】
また物品ごとに設定できる実体属性フラグを利用して必要時に物品を仮想化することにより、３次元空間上にその物品が存在していないものと見なして他の物品の詳細化を行うことができる。
【００１７】
図１３で説明した従来のトップダウン設計方法では、レイアウト設計と部品形状設計等の各処理は独立した別々のフェーズで行われており、レイアウト設計後に部品形状設計して、その結果の形状をレイアウト設計時の定義に反映させる各処理の間でフェーズを切り替える操作が必要となる。しかし本発明ではこれらの各処理を同一のフェーズで実行することができ、設計作業をスムーズにかつ能率的に行うことが可能となる。
【００１８】
【実施例】
図５は、本発明実施例によるトップダウン設計処理のフロー図である。ここで具体例として図１３（ａ）示されるユニット構成と図６の画面例とが参照される。
【００１９】
▲１▼ 図１３（ａ）のユニットＺの構成と形状を、２次元的に定義し、３次元化する。図６の画面例で説明すると、まず正面図と側面図とを用いて、ユニットを構成する各部品Ｘ，Ｙの概略的な２次元形状と部品間の距離や位置関係などのレイアウトが定義される。次に各部品の２次元形状に基づいて斜視図による３次元形状が生成される。
▲２▼ 部品Ｘについて形状修正が必要であれば、後述する詳細化設計を行う。
▲３▼ 同様に部品Ｙについての形状修正が必要であれば、詳細化設計を行う。
▲４▼ 部品Ｘあるいは部品Ｙについて詳細化を行ったときその定義を取り込んで部品Ｘ，Ｙを組み立て、ユニットＺを完成させる。
【００２０】
以上の▲１▼〜▲４▼の処理は、同一フェーズで連続的に実行することができ、また▲４▼から▲１▼へ戻って詳細化の結果をレイアウトにフィードバックし、レイアウトを再設計することも容易となる。
【００２１】
図７は、本発明実施例による詳細化設計を含む具体的なトップダウン設計処理の全体フローである。
▲１▼′製品全体を構成する各ユニットの概略形状と位置とを、レイアウト設計機能によりトップダウン設計し、定義する。
▲２▼′各ユニットを担当のユニット設計者に引き渡し、設計を分割する。
▲３▼′ユニット設計者は、担当するユニットについて、その構成部品が新規部品か既存部品かを調べる。
▲４▼′部品が新規部品であるものについて、▲１▼′でトップダウン設計されたユニットの概略形状を基準にして、▲１▼′で用いたレイアウト設計機能を再び用いて、ユニットを構成する各部品の形状、位置を設計する。たとえば図８の例では、正面図に点線で示される三角柱のユニット形状を基準に、実線で示すような複雑な部品の形状と位置を定義し、３次元図形を生成する。
▲５▼′部品が既存部品であった場合には、たとえば既存部品のデータベースから該当する既存部品の定義情報を取り出してロードし、位置のみを指定することによりユニットを設計する。
▲６▼′ユニットを構成する各部品の形状と位置とを決定する。
▲７▼′製品の各ユニットの定義をその構成する部品群の定義で置き換え、製品設計を完成させる。
【００２２】
ここで▲４▼′，▲５▼′の処理でユニットを構成する部品がさらに他の部品で構成され、かつ階層化されていて、その下位レベルの部品を詳細化する必要がある場合には、レイアウト設計機能を繰り返し適用することができる。
【００２３】
トップダウン設計で生成された部品は、通常、２次元的に記述された図形を立ち上げ、あるいは回転させることによって２−５次元的に形成されるため、そのまま部品として使用できない場合が多い。そのため実際には、生成された部品を▲４▼′で加工する必要がある。
【００２４】
加工には、１つの部品を複数の部品に分割する切断と、複数の部品を組み合わせて１つの部品にするマージと、角丸めや穴開けなどの変形加工などがある。
【００２５】
ユニットの形状は、そのユニットが必要性の高いものであって、ユニットごとに組み立てられて製品になるような場合には、最終的にユニットの外形を表す部品となる。しかしユニットの必要性が低く、そのユニットが製品の小型化や軽量化のために省略されるような場合には、単にある部品（群）の大きさを表すものとして使用できることが望ましい。前述した実体属性フラグはこのような場合に実体無しを表すために用いられる。
【００２６】
実体属性フラグの値が実体無しを示しているユニットや製品については、実体有りのユニットあるいは部品と表示の輝度や色を区別できるようにしたり、部品同士のぶつかり合いをチェックする際にはチェック対象外とするように考慮する。
【００２７】
次に、具体的な設計例を、図９ないし図１１により説明する。
まず製品全体の構成（レイアウト）設計を行い、設計者が慣れ親しんでいる２次元平面上でユニット配置の構想図を作成する。具体的には図９（ａ）に示されるような正面、側面、あるいは上面などの複数ビューを用いて設計を検討する。この場合、マルチウインドウやアイコン機能、２次元作図／編集機能などが利用される。
【００２８】
続いて、図９（ｂ）に示すように、３次元化する要素群を指示して寸法や拘束条件を設定し、押し出し、回転によるユニットの３次元形状と位置とを定義する。この場合、奥行き等の指示を他のビューの要素で行うことができる。各ユニットの配置や位置の変更は容易で、１つのビュー上での変更を、他のビューに自動的に反映させることができる。
【００２９】
次に、図１０に斜線を付して例示されるような生成した３次元ユニットを、正面、側面等の各ビューの構想図に重ねて自動表示させ、設計検討を行う。この場合、必要なユニットのみを表示させるように任意のユニットについて表示／非表示を指示可能ににされる。また３次元ユニット同士の干渉（ぶつかり合い）の有無や、隙間の大きさについての検証機能により、自動的にチェックする。
【００３０】
続いて、各ユニットごとの詳細設計を行う。この場合、図７のフローで説明したように、ユニットごとに担当者に分担させて設計させ、また構成設計で得られた各ユニットの形状は詳細設計の基準要素として用いられる。
【００３１】
図１１（ａ）に例示されるように、ユニット内の部品について、複数ビューを用いて形状、配置を設計する。この場合、必要であれば隣接する部品についても自由に参照し、表示させることができる。
【００３２】
ここで図１１（ｂ）に例示されるように、部品の面や線の要素同士を関係付ける場合、前述した部品管理情報のアセンブリに関係付けの条件を設定する。関係付けの条件としては、面の一致、面間の距離、線の一致、線間距離、点が面上に乗っている、点が線上に乗っている、などがある。これらの条件設定はいつ行ってもよく、変更も可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のＣＡＤシステムによれば、従来のトップダウン設計手法による手順の流れはそのままに、ユニットのレイアウト設計と詳細設計、さらには下位レベルの部品レイアウト設計と詳細設計とを同一フェーズ上で実行できるため、階層化されたユニット、部品の各設計の結果を相互に反映させる処理を円滑化することができ、設計効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理説明図である。
【図２】本発明による部品の生成、変更の説明図である。
【図３】本発明による設計単位分割の説明図である。
【図４】本発明による詳細化の説明図である。
【図５】本発明実施例によるトップダウン設計処理のフロー図である。
【図６】本発明実施例によるレイアウト定義の設計画面例を示す説明図である。
【図７】本発明実施例による具体的なトップダウン処理の全体フロー図である。
【図８】本発明実施例による部品設計の説明図である。
【図９】本発明実施例による構成設計（その１）の説明図である。
【図１０】本発明実施例による構成設計（その２）の説明図である。
【図１１】本発明実施例による詳細設計の説明図である。
【図１２】機械製品の一般的構成を示す説明図である。
【図１３】従来のＣＡＤシステムによるトップダウン設計の説明図である。
【符号の説明】
１ ホスト
２ ＣＡＤ処理部
３ 入力部
４ 出力部
５ キーボード
６ マウス
７ ディスプレイ
８ ＤＡＳＤ装置
９ レイアウト処理部
１０ 部品管理部
１１ 部品生成処理部
１２ 定義体管理部
１３〜１５ 部品データ
１６ アセンブリ
１７ レイアウト情報
１８ 形状定義体情報
１９ 実体属性フラグ

Claims (1)

1. 関係付けされた一群の部品の形状を部品毎に定義する形状定義体情報を、関係付けされた一群の部品について各部品の位置を管理する部品管理情報と結合させて管理する定義体管理部と、
   前記部品を分割し詳細化したときに該部品のレイアウト情報を管理するための部品管理情報を、前記形状定義体情報を除いた少なくとも部品名と階層構造上のリンク情報とを含む管理情報が設定されていて部品の実体の有無を表す実体属性フラグにより仮想化することができる部品データと結合させて管理する部品管理部と
   を備えていることを特徴とするＣＡＤシステム。

Images