JP4146803B2 - 設計支援システム - Google Patents
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近年、複数の部品から構成されるこれらの製品の設計に、3次元CADシステムが使用されている。また、この3次元CADシステムを用いて、一度完成した製品について、製品の部品コスト削減や海外の仕向け地に合わせた一部の仕様変更によるマイナーチェンジモデルの設計を行う場合もある。この場合は、通常製品を一から開発するのではなく、一部の部品のみを交換することにより別モデルを開発することが多い。したがって、すでに設計済の部品を他の部品に交換するための設計作業が簡単にできることが望まれる。
これによれば、適切な交換部品の選択の容易化,部品交換作業の迅速化と容易化および交換作業負担の軽減を図ることができる。
また、前記交換情報格納部に格納される交換情報は、テキストファイルまたはCSV形式ファイルの形式で格納されるようにしてもよい。
さらに、前記3次元モデルデータ格納部に記憶される3次元モデルデータは、各構成部品間の組み付けの依存関係,部品相互間の組み付けの基準となる座標系についての情報を含むようにしてもよい。
さらに、前記部品情報記憶部は、前記交換情報入力部とネットワークを介して接続され、交換情報入力部は、部品情報記憶部に格納されている部品情報を取得して、交換情報を編集するようにしてもよい。
なお、構成部品ごとに格納された部品情報を表示部に表示させ、交換前後の部品に関する単価,材質,在庫数などの情報を比較検討しながら交換情報を編集するので、要求仕様に適した交換部品を容易に選択できる。
交換作業者は、表示部の表示内容を確認しながら交換情報を入力編集すればよいので、交換情報格納部に格納される交換情報を所定の形式で直接作成する必要はなく、容易かつ迅速に交換情報を作成することができる。
また、交換情報の所定の形式として、テキストまたはCSV形式を用いれば、交換作業に慣れていない者であっても、交換情報の作成,理解が容易である。
交換前部品が複数ある場合に、その階層レベルの高い部品から順に交換をするので、意図しない部品交換が行われることはなく、再度の交換のやり直しを防止でき、部品交換作業の正確化,迅速化を図ることができる。
また、構成部品相互間の組み付けの依存関係を考慮して、その依存関係の解除および復元をしているので、意図しない部品交換の防止,再度の交換のやり直しの防止をすることができる。さらに、交換前後の部品について同じ組み付け基準となる座標系を用いて部品の置換をするので、正確に部品交換ができる。
<システム構成>
図1に、この発明の設計支援システムの全体構成のブロック図を示す。
この発明の設計支援システムは、部品情報管理装置1.2と、部品情報入出力装置1.1と、部品交換指示ファイル格納装置1.6と、3次元モデルデータ処理装置1.10とからなる。
図1において、部品情報管理装置1.2は前記した部品情報記憶部に相当し、部品情報入出力装置1.1は交換情報入力部に相当し、部品交換指示ファイル格納装置1.6は交換情報格納部に相当し、部品交換処理実行部1.9は交換処理実行部に相当する。また、前記した交換情報は、図1の部品交換指示ファイル格納装置1.6に格納される部品交換指示ファイル(図6参照)を意味する。
入力部1.3はマウス、キーボード、ポインティングデバイス、スキャナなどの各種入力装置を用いることができ、操作者が部品情報入出力装置1.1に、部品の属性情報である名称、単価、材質、部品コード、などを入力するために使用される。
表示部1.11はCRT,LCDなどを用いることができ、操作者に対して部品の属性情報である名称、単価、材質、部品コードなどを画面表示するものである。
また、交換前部品の在庫数が分かればコストダウンによる仕様変更を行う際に部品交換を行う時期を判断することができる。まだ交換前部品の在庫が多量にあるのに部品交換による仕様変更をしてしまうと、在庫部品が無駄になるためかえってコストアップしてしまうからである。
その他、環境への安全基準を考慮するため、部品に使用している材料を確認する必要があれば材料を表示する列を設けてもよい。
部品交換指示ファイルは、たとえば、一行ごとに「処理内容,交換先部品名,新規部品名」というカンマ区切りで列記する書式にて記述する。ただし、図6に示すように、「新規部品名」の指示を省略して、「処理内容,交換先部品名,」までの表記としてもよい。
部品交換指示ファイル入力部1.8は、部品交換指示ファイル格納装置1.6から部品交換指示ファイルを読み込む部分である。このファイルの読み込みは、たとえば3次元CADに3次元モデルデータの読み込みが完了した直後に実行すればよい。
部品交換処理実行部1.9は、部品交換指示ファイルを利用して、3次元モデルデータ格納部1.7から3次元モデルデータを読み出し、部品の交換処理(後述する図7のフロー)を行い、交換処理終了後に変更したモデルデータを3次元モデルデータ格納部1.7に格納する部分である。
更に、海外拠点ごとに部品情報管理装置1.2を設置し、これらをネットワーク回線1.12で結ぶことにより、複数の部品情報管理装置1.2に格納された部品情報の中から最も安価な部品を選択することができ、その安価な部品を所有している海外拠点でその部品を使用した製品を生産することも可能である。
次に、図2に、製品の構成表の一実施例を示す。図2に示すように、構成表は、階層的なツリー状の図で表すことができる。図2は、一例として、電子レンジの構成表を階層構造で表したものである。ここで、たとえばMODEL#AAA2.1は、DOOR#AAA2.2とCABINET#AAA2.6などの構成部品からなることを示しており、DOOR#AAA2.2は、DOORFRAME#AAA2.3とHANDLE#AAA2.4とHINGE#AAA2.5から構成されることを示している。また、この階層構造では、MODEL#AAA2.1は最上位の階層である。DOOR#AAA2.2はMODEL#AAA2.1よりも下位の階層であり且つDOORFRAME#AAA2.3よりも上位の階層である。
図2の左上に示すように、まず、既に設計が終了している製品の3次元モデルデータMODEL#AAA2.1があるとする。
このMODEL#AAA2.1には、DOOR#AAA2.2やCABINET#AAA2.6などの部品が組み付けられている。DOOR#AAA.2,2には、DOORFRAME#AAA.2,3とHANDLE#AAA2.4とHINGE#AAA2.5が組み付けられている。MODEL#AAAやDOOR#AAAのような組み付け用の3次元モデルデータはそれ自身は形状を持たないとする。
この組み付け用の3次元モデルデータは、通常のコンピュータのファイルシステムでいうところの「フォルダ」(あるいは「ディレクトリ」)に相当する概念のデータと言える。
一方、DOORFRAME#AAA.2,3やHANDLE#AAA2.4は物理的な部品のデータであってそれ自身に形状をもったデータであり、最小単位である「ファイル」に相当する概念のデータと言える。
図2に示した部品の交換の具体的なイメージを、図4に示す。
MODEL#AAA2.1は、図4(a)の電子レンジ本体4.1を示す。
DOOR#AAA2.2は図4(b)のとびら部4.2、DOORFRAME#AAA2.3は図4(b)の部品4.3、HANDLE#AAA2.4は図4(b)の部品4.4、HINGE#AAA2.5は部品4.5、DOOR#BBB2.7は図4(c)のとびら部4.6、DOORFRAME#BBB2.8は図4(c)の部品4.7、HANDLE#BBB2.9は図4(c)の部品4.8、HINGE#BBB2.10は図4(c)の部品4.9、HANDLE#CCC2.12は図4(c)の部品4.10、MODEL#BBB2.13は図4(d)の本体4.11を示している。
部品情報入出力装置1.1と3次元モデルデータ処理装置1.10双方に用意するインターフェース部(部品交換指示ファイル出力部1.5と部品交換指示ファイル入力部1.8)の開発を容易にするために、この部品交換指示ファイルの書式は、一般的によく使われているCSV形式と呼ばれるカンマ区切りの単純な書式を用いることが好ましい。また、このような単純な書式であれば、人の手によって作成することも容易であるため、開発時の動作検証なども行いやすい。
図2に示した部品情報の交換処理の具体的な流れを、図7のフローチャートを用いて説明する。
この交換処理は、3次元モデルデータ処理装置1.10によって実行されるものである。また、3次元モデルデータ処理装置1.10は、CPU,ROM,RAM,I/Oコントローラ,タイマーなどからなるマイクロコンピュータ等のハードウェアと、各種ハードウェアをコントロールするプログラムとを備え、ハードウェアが、ROM等に格納されたプログラムに基づいて動作することにより、交換処理が実行される。
操作者が、交換処理の起動開始を示すキー入力をする。これにより、以下に示す交換処理が自動的に実行される。ここで、3次元モデルデータ格納部1.7には、すでに、図2(a)に示すようなモデルデータ(MODEL#AAA)が格納されているものとする。
まず、3次元モデルデータ処理装置1.10の部品交換指示ファイル入力部1.8が、部品交換指示ファイルを、部品交換指示ファイル格納装置1.6から読み出す。ここで、図6に示した部品交換指示ファイルを読み出したものとする。
ここでは、部品交換処理実行部1.9が、ステップS1で読み出された部品交換指示ファイルをチェックし、交換後の部品として2つの部品(DOOR#BBBとHANDLE#CCC)が存在することを認識し、3次元モデルデータ格納部1.7に対して、交換部品検索処理を行う。
交換部品検索処理では、具体的には、図6のファイルに記載されている2つの交換後部品(DOOR#BBBとHANDLE#CCC)に対応する交換前部品を、3次元モデルデータ格納部1.7内に存在するデータMODEL#AAA2.1から検索する。
それぞれの交換後部品に対応する交換前部品の検索は3次元モデルデータの名称(データファイル名)を用いて行う。3次元モデルデータの名称をアンダーバー「#」により2つの部分、例えば「DOOR#BBB」であれば「DOOR」と「BBB」に左右2分割する。同様の分割方法にて左側が「DOOR」となる3次元モデルデータをMODEL#AAA2.1の構成の中から検索することにより「DOOR#BBB」に対応する唯一の「DOOR#AAA2.2」を得る。アンダーバーが名称中に複数ある場合には最も右側の位置で分割する。例えば、「DOOR#PLATE#BBB」であれば、「DOOR#PLATE」と「BBB」に分割する。従って、3次元モデルの名称はあらかじめ交換可能な部品であれば名称を2分割した際に左側が一致するように3次元モデルデータ作成者により設定してあるものとする。
ここでは、MODEL#AAA2.1の中から、「DOOR#BBB」に対応する「DOOR#AAA2.2」と、「HANDLE#CCC」に対応する「HANDLE#AAA2.4」とが検索により取得される。
検索された部品が複数個ある場合に、どちらを先に処理すべきかを決め、その処理順序を記憶する。処理順序は、まず、階層レベルの高いものを先にし、同じ階層レベルであれば、先に見つけられたものを先に処理するように決める。
この例では、2つの部品の階層を調べると、DOOR#AAA2.2の方が高い階層レベルであるので、DDR#AAA2.2を先にし、HANDLE#AAA2.4をその後に処理すると、順序を決定する。
ステップS4で記憶された順に従って、交換対象の部品のモデルデータを、3次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。ここでは、まず「DOOR#AAA2.2」のモデルデータが読み出される。
読み出したモデルデータのデータ構造を調べ、交換前部品の組み付けの依存関係の情報を抽出し、交換される部品に依存して組み付けられているすべての部品の依存関係を解除する。ここで、「組み付けの依存関係」とは、部品相互間の配置に関する依存関係を意味し、例えば、位置を合わせて配置される関係にある2つの部品の関係を意味する。この依存関係は、図2に示したような部品の階層関係とは異なり、階層構造で直接隣接関係にない部品どおしでも存在する場合がある。
図2(a)に示したMODEL#AAAにおいて、HINGE#AAA2.5と、CABINET#AAA2.6との間に組み付けの依存関係があったものとする。
図9(a)は、図4に示した電子レンジの部品を示したものであり、本体9.1と、ヒンジ部9.2、キャビネット部9.3とからなることを示している。また、符号9.12は、ヒンジ部9.2とキャビネット部9.3とが依存関係にあることを示しており、ヒンジ部9.2がキャビネット部9.3に組み込まれることを示している。
図9(b)によれば、符号9.5は、DOOR#AAAのHINGE#AAA9.2という部品が、CABINET#AAA9.3という部品に位置を合わせるように組み付けられるということを示すものであり、この矢印に相当する依存関係の情報が、3次元モデルデータの中に格納されている。
これを防止するために、図9(d)に示すように、矢印9.5の関係を削除し、矢印9.9のような新たな組み付けの依存関係を定義する。すなわち、除去するCABINET#AAA9.3の上位階層にあるMODEL#AAAと、HINGE#AAA9.2との間に、組み付けの依存関係(矢印9.9)を作成する。
図9(e)は、新たに交換後部品CABINET#BBBを組み込んだ後に、もとの組み付けの依存関係(矢印9.11)を復元したものを示している。
図9(d)のように、もとの依存関係(矢印9.5)を削除して、新たな依存関係(矢印9.9)を作成すると、組み付けの基準位置が変更されるので、3次元モデルデータDOOR#AAAの位置が意図しない位置に移動するが、部品交換のために組み付けの依存関係が失われることはなく、もとに戻すことが可能である。
図9(c)、図9(d)に示すように、組み付けの依存関係の変更をすることを、「依存関係の解除」と呼ぶ。
このように、図9(d)から図9(e)の状態に依存関係を変更することを、「依存関係の復元」と呼ぶ。
ステップS6においては、図9(a)の状態に対して、図9(a)のHINGE#AAA9.2とCABINET#AAA9.3との間の「組み付けの依存関係」が解除され、図9(d)のような状態の3次元モデルデータに変更される。
交換後の部品のデータを、3次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。ここでは、交換後の部品DOOR#BBB2.7のデータを読み出す。
交換後の部品について、組み付け定義を行う。組み付け定義を行うことにより、交換後の部品のモデル全体に対する配置、すなわち階層構造が決定づけられる。組み付け定義は、部品相互間の座標系を一致させることにより行う。
図8に、「座標系」および組み付け定義についての説明図を示す。
「座標系」とは、図8(a)に示すような、3つの軸を有する3次元座標系「CS1」8.2を意味し、3次元モデルデータの各部品を配置するための基準位置を示す要素である。
この「座標系」は、それ自身には形状はないが、組み付けに使用する基準位置を示すものである。
ここで、図8(c)と図8(d)とは同種類の部品(とびら部)についての座標系を示しているので、その座標系は同一であり、同じ名前「CS_A2」が付与されている。
ステップS8の組み付け定義では、3次元モデルの組み付けに使用する「座標系CS1」8.2に、各部品ごとに定義された「座標系」(CS_A1,CS_A2など)が一致するように各部品の位置情報が作成される。
次に、図8(c)の座標系(CS_A2)を基に作成されているとびら部の部品データを、図8(c)の座標系(CS_A2)8.9が図8(b)の座標系「CS2」8.3に合致するように、変更することにより、組み付け定義が行われる。
その結果、図8(e)に示すように、座標系「CS1」8.2を基準位置として、モデル本体にとびら部の部品データが配置された組み付けデータが生成されることになる。
ステップS8における「組み付け定義」の処理を実行すると、たとえば、図2(a)の状態のうちDOOR#AAA2.2が図2(a−1)に示すDOOR#BBB2.7に変更され、図8(e)のモデルが図8(f)のモデルに変更されることになる。
組み付けの依存関係を復元する。
ここでは、たとえば前記したように、一旦図9(d)の状態に変更していたモデルデータの依存関係を、図9(e)に示すようなもとの依存関係を有するように変更する処理をする。
図2(a)の場合は、図示していないが、DOOR#AAA2.2を、DOOR#BBB2.7に交換するために、一旦解除していたCABINET#AAA2.6とHINGE#AAA2.5との依存関係をもとに戻し、図9で説明したのと同様に、HINGE#BBB2.10と、CABINET#AAA2.6とが組み付けの依存関係を有するようなデータが作成される。
ステップS9の処理をした後、最初図2(a)に示した3次元モデルMODEL#AAA2.1は、図2(b)に示すようなMODEL#AAA1(2.11)に変更される。
図2(b)は、ステップS3で設定された先に処理すべき部品DOOR#AAA2.2の方を交換した状態を示している。
部品交換処理がすべて終了したかどうかチェックする。
図6の例では、ステップS4でもう一つ交換すべき部品(HANDLE#CCC)が残っているので、ステップS5へ戻り、ステップS5からS9の処理を繰り返す。すなわち、HANDLE#AAA2.4を、HANDLE#CCC2.12に交換する処理を行う。
一方、交換処理がすべて終了した場合は、ステップS11へ進む。
しかし、さきほどのDOOR#BBB2.7への交換処理のために、部品HANDLE#AAA2.4は、すでにモデルの階層構造(図2(b)参照)からなくなってしまっている。そこで、部品名の「下線」の前の部分「HANDLE#」に一致する部品データを、現在のモデルデータ(MODEL#AAA12.11)の中から検索する。今、図2(b)の中には、「HANDLE#」に一致する部品として「HANDLE#BBB」2.9が存在するので、これを交換前の対象部品として選択し、この部品HANDLE#BBB2.9についてのモデルデータを、3次元モデルデータ格納部1.7から読み出す(ステップS5)。
ステップS7において、交換後の部品HANDLE#CCC2.12のデータを、3次元モデルデータ格納部1.7から読み出す。
ステップS8において、読み出したHANDLE#CCC2.12を、MODEL#AAA12.11に対して組み込む「組み付け定義」を行う。これにより、図2(b)の「HANDLE#BBB」が、図2(b-1)のHANDLE#CCC2.12に交換され、図2(c)に示すようなMODEL#BBB2.13が生成される。
ステップS11では、ステップS8において生成されたMODEL#BBB2.13の3次元モデルデータを、3次元モデルデータ格納部1.7に格納し、処理を終了する。格納された3次元モデルデータMODEL#BBB2.13の製品イメージを図示すると、図4(d)のようになる。
なお、図7のステップS3,S4で、部品の交換処理の順序を決定したが、交換部品が複数ある場合に、交換部品の階層構造の低い方を先に交換してしまうと、操作者の意図したものと異なるものが生成される場合がある。
図3に、部品の交換処理の順序を誤った場合の失敗例のモデルデータの状態を示す。
ここでは、部品DOOR#AAAよりも階層レベルの低い部品HANDLE#AAAを先に交換を行い、その後高い階層レベルの部品DOOR#AAAの交換を行った場合を示している。
まず、図3(a)のHANDLE#AAAを、図3(b)のHANDLE#CCC3.7に交換することにより、図3(c)の状態の3次元モデルデータが得られる。次に、図3(c)の状態に対して、DOOR#AAAを、図3(d)のDOOR#BBB3.9に交換すると、図3(e)の状態の3次元モデルデータが得られる。
したがって、この発明では、交換部品が複数個ある場合は、ステップS4に示したように、各交換部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高いもの順に交換処理を行うべきである。ただし、同階層の部品が複数ある場合は、任意の順序でかまわない。
1.2:部品情報管理装置
1.3:入力部
1.4:部品交換指示設定部
1.5:部品交換指示ファイル出力部
1.6:部品交換指示ファイル格納装置
1.7:3次元モデルデータ格納部
1.8:部品交換指示ファイル入力部
1.9:部品交換処理実行部
1.10:3次元モデルデータ処理装置
1.11:表示部
1.12:LAN(ネットワーク回線)
1.13:交換部品検索部
Claims (8)
- 製品の構成部品ごとに、その部品の情報を格納する部品情報記憶部と、交換前部品情報,交換後部品情報および交換指示情報とを含む交換情報を入力編集する交換情報入力部と、交換前後の部品名を含む交換部品情報を表示する表示部と、交換情報入力部により編集された交換情報を所定の形式で格納する交換情報格納部と、製品の構成部品間の階層関係を含む3次元モデルデータを格納した3次元モデルデータ格納部と、前記交換情報格納部に格納された交換情報に基づいて、3次元モデルデータ格納部に既に格納されていた3次元モデルデータに対して、部品交換を実行する交換処理実行部とを備え、
前記交換処理実行部が、前記交換情報格納部に格納された交換情報を読み出し、交換指示および交換前後の部品を認識する情報取得部と、取得された交換前部品が複数個ある場合に、前記3次元モデルデータ格納部に格納されていた3次元モデルデータを用いて、交換前部品の階層レベルを調べ、階層レベルの高いものを先に交換するように、交換前部品の交換順序を設定する交換順序設定部と、前記交換順序設定部で設定された順序で、交換前部品を1つ選択し、その選択された交換前部品を対応する交換後部品に置換する交換処理部とを備えたことを特徴とする設計支援システム。 - 前記3次元モデルデータ格納部に記憶される3次元モデルデータは、各構成部品間の組み付けの依存関係,および部品相互間の組み付けの基準となる座標系についての情報を含むことを特徴とする請求項1の設計支援システム。
- 前記交換処理実行部の交換処理部は、前記3次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認し、交換しようとしている交換前部品が組み付けの依存関係を有している場合に、部品の置換前に、その依存関係を一時解除する解除部と、部品の置換後に、一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元する復元部とを備えていることを特徴とする請求項2の設計支援システム。
- 前記交換処理部は、交換前部品を交換後部品に置換する際、3次元モデルデータ格納部に格納されている3次元モデルデータの中の交換前部品の組み付け基準となる座標系を用いて、交換後部品に置換することを特徴とする請求項2の設計支援システム。
- 前記部品情報記憶部は、前記交換情報入力部とネットワークを介して接続され、交換情報入力部は、部品情報記憶部に格納されている部品情報を取得して、交換情報を編集することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載された設計支援システム。
- 前記部品情報記憶部に格納された部品の情報が、その部品の名称,識別コード,単価,材質および在庫数を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載された設計支援システム。
- 前記交換情報格納部に格納される交換情報は、テキストファイルまたはCSV形式ファイルの形式で格納されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載された設計支援システム。
- 前記請求項1の設計支援システムの部品交換方法であって、
前記交換処理実行部が、交換前部品情報,交換後部品情報および交換指示情報からなる交換情報を前記交換情報格納部から取得するステップと、
取得された交換前部品が複数個ある場合に、前記3次元モデルデータ格納部に格納されていたこれらの交換前部品を含む3次元モデルデータを用いて交換前部品の階層レベルを調べるステップと、
階層レベルの高い部品が先に交換されるように交換順序を設定するステップと、
前記3次元モデルデータに含まれる構成部品間の組み付けの依存関係を確認するステップと、
交換前部品に組み付けの依存関係が存在する場合には、部品の置換前にその依存関係を一時解除した後、交換前部品を対応する交換後部品に置換するステップと、
一時解除した依存関係を交換後部品に対して復元するステップと、
前記交換順序に従って、交換前部品を対応する交換後部品に交換するステップとを、この順に実行することを特徴とする設計支援システムの部品交換方法。
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