JP4254736B2 - 設計支援装置、設計支援方法、および設計支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、設計効率を向上させた設計支援装置、設計支援方法、および設計支援プログラムに関する。

従来、２次元図面に含まれる奥行きを示す情報を読み取る奥行情報取得手段と、２次元図面および奥行情報取得手段により読み取られた奥行情報に基づき対象物の３次元形状を生成する３次元形状生成手段とを有するＣＡＤシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２２４２１号公報

しかしながら、上記従来のＣＡＤシステムにおいては、２次元断面形状に基づいて、部品の建付け等の検証が行われている。したがって、建付け部分における強度、剛性、重心が正確に算出されているとは言い難く、部品製造後の建付け又は組付け等において不具合が発生する虞がある。また、設計初期段階においては、構造変更、部品の配置変更が発生することが多く、これら変更毎に３次元モデルの再構築が行なわれ、この再構築に多くの時間を要している。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、設計効率を向上させることを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、任意の２次元形状に基づいて、３次元モデルを構築する設計支援装置であって、上記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得手段と、上記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得手段と、上記構成情報取得手段により取得された上記部品構成情報に基づいて、上記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築手段と、上記属性情報取得手段により取得された上記部品属性情報に基づいて、上記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定手段と、上記幾何公差設定手段により設定された上記幾何公差に基づいて、上記部分モデル構築手段により構築された上記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析手段と、を備えることを特徴とする設計支援装置である。

この一態様によれば、上記公差解析手段は上記幾何公差設定手段により設定された上記幾何公差に基づいて、上記部分モデル構築手段により構築された上記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う。上記３次元の部分モデルのモデリング時間は、３次元のフルモデリング（上記３次元モデル全体）のモデリング時間と比較して、大幅に短縮される。これにより、例えば設計変更が生じ易い設計初期段階において、設計変更に伴ってモデル再構築が行われた場合、モデリング時間を大幅に低減することができることから、設計効率を向上させることができる。また、上記公差解析手段により上記３次元の部分モデルに対し上記公差解析が行われることから、上記２次元形状に対して上記公差解析が行われる場合と比較して、上記公差解析の精度が向上する。したがって、設計初期段階において、正確な解析が行われることにより、後工程において設計変更等が発生する可能性を低減させることができる。すなわち、設計効率が向上する
また、この一態様において、上記公差解析手段による上記公差解析に基づいて、上記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定手段と、上記部分モデル適正判定手段により上記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、上記公差解析に基づいて上記２次元形状の設計変更を行う設計変更手段を、更に備えるのが好ましい。

さらに、この一態様において、上記部分モデル適正判定手段により上記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、上記構成情報取得手段により取得された上記部品構成情報と上記属性情報取得手段により取得された上記部品属性情報とに基づいて、上記３次元モデルを構築する３次元モデル構築手段、を更に備えるのが好ましい。

この一態様において、上記公差解析手段による上記公差解析を表示する画像表示手段を更に備えるのが好ましい。これにより、設計過程の上記公差解析を表示させ、効率良く検討を行うことができる。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、任意の２次元形状に基づいて、３次元モデルを構築する設計支援方法であって、上記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得ステップと、上記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得ステップと、上記構成情報取得ステップにより取得された上記部品構成情報に基づいて、上記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築ステップと、上記属性情報取得ステップにより取得された上記部品属性情報に基づいて、上記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定ステップと、上記幾何公差設定ステップにより設定された上記幾何公差に基づいて、上記部分モデル構築手段により構築された上記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析ステップと、上記公差解析ステップによる上記公差解析に基づいて、上記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定ステップと、上記部分モデル適正判定ステップにより上記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、上記２次元形状の設計変更を行う設計変更ステップと、上記部分モデル適正判定ステップにより上記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、上記構成情報取得ステップにより取得された上記部品構成情報と上記属性情報取得ステップにより取得された上記部品属性情報とに基づいて、上記３次元モデルを構築する３次元モデル構築ステップと、を備えることを特徴とする設計支援方法であってもよい。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、任意の２次元形状に基づいて、３次元モデルを構築する設計支援プログラムであって、上記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得手順と、上記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得手順と、上記構成情報取得手順により取得された上記部品構成情報に基づいて、上記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築手順と、上記属性情報取得手順により取得された上記部品属性情報に基づいて、上記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定手順と、上記幾何公差設定手順により設定された上記幾何公差に基づいて、上記部分モデル構築手段により構築された上記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析手順と、上記公差解析手順による上記公差解析に基づいて、上記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定手順と、上記部分モデル適正判定手順により上記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、上記２次元形状の設計変更を行う設計変更手順と、上記部分モデル適正判定手順により上記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、上記構成情報取得手順により取得された上記部品構成情報と上記属性情報取得手順により取得された上記部品属性情報とに基づいて、上記３次元モデルを構築する３次元モデル構築手順と、を備えることを特徴とする設計支援プログラムであってもよい。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、上記設計支援プログラムが格納されていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。

なお、これら態様において、上記部品構成情報は、上記２次元形状を構成する部品の配置、該部品の基準位置、および該部品間の接続構造であるのが好ましい。また、上記部品属性情報は、上記２次元形状を構成する部品の材質、該部品の質量、該部品の寸法であるのが好ましい。さらに、上記所定部分は、上記２次元形状における上記部品の取付部、または上記部品の合せ部であるのが好ましい。

また、これら態様において、上記２次元形状とは、例えば複数の部品から構成される断面形状データという。さらに、上記２次元形状および上記３次元モデルとは、例えばＣＡＤ装置上に構築される２次元形状データおよび３次元形状データをいう。

本発明によれば、設計効率を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１は、本発明の一実施例に係る設計支援装置の特徴的な機能を表す機能ブロック図である。本実施例に係る設計支援装置１は所謂ＣＡＤ装置が有する機能を含んでいる。例えば、設計支援装置１はＣＡＤデータをユーザに対し表示するＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等の画像表示手段３と、ＣＡＤデータ等を階層状に構築されたデータベースにより保持するメモリ、ハードディスク等の記憶手段５とを備えている。

記憶手段５には、複数の部品からなる断面形状等の２次元形状の情報が記憶されている。例えば、記憶手段５には意匠要件、型要件、部品の配置、組付け用件、部品間の締結、嵌合等の接続構造、部品基準位置（部品が配置される場合の基準位置）等の構造検討が予め行われた２次元形状の情報が記憶されている。

記憶手段５には、記憶手段５に記憶された部品配置、部品基準位置、および接続構造等の部品構成情報を取得する構成情報取得手段７が接続されている。なお、部品基準位置は、車両前後方向Ｌ、車両幅方向Ｗ、および車両上下方向Ｈに夫々設定される。

記憶手段５には、記憶手段５に記憶された部品の材質（例えば、ＰＰ（ポルプロピレン））、部品の質量（例えば、５６０ｇ）、板厚（例えば、２．５ｍｍ）、部品の寸法（例えば、Ｌｅｎｇｔｈ×Ｗｉｄｔｈ×Ｈｅｉｇｈｔ＝２００×４３０×２４０ｍｍ）等の部品属性情報を取得する属性情報取得手段９が接続されている。

構成情報取得手段７には、構成情報取得手段７により取得された部品構成情報に基づいて、２次元形状のうちの所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築手段１３が接続されている。なお、所定部分として、寸法にバラツキが生じ得る、ヒンジ等の部品取付け部（図２（ａ））、部品同士が隣り合う部品合せ部（図２（ｂ））等が構成情報取得手段７に予め設定されている。

属性情報取得手段９には、属性情報取得手段９により取得された部品属性情報に基づいて、３次元の部分モデルに対し幾何公差を設定する幾何公差設定手段１１が接続されている。幾何公差設定手段１１は記憶手段５に予め記憶された部品の幾何公差に基づいて、３次元の部分モデルに対し仮の幾何公差を設定する。

記憶手段５のデータベースにおいて、部品同士の隙間関係、嵌合関係等の寸法管理を要する部位に幾何公差の経験値が予め記憶されており、幾何公差設定手段１１は３次元の部分モデルに対して、この幾何公差の経験値を設定する。例えば、記憶手段５には、図３に示す如く、データＡ、Ｃを基準として、線の輪郭度１．０ｍｍが経験値として定義されている。

部分モデル構築手段１３および幾何公差設定手段１１には、幾何公差設定手段１１により設定された幾何公差に基づいて、３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析手段１５が接続されている。

公差解析手段１５は幾何公差設定手段１１により設定された幾何公差の範囲内での部品間の隙間等のバラツキ（分布）、当該バラツキに対する寄与率（％）を算出する（図４）。ここで、寄与率とはどの部品の公差がクリティカルな設計目標値に対し最も影響を与えているかを示す影響度である。

なお、公差解析手段１５は３次元の部分モデルに対し公差解析を行う。これにより、３次元の部分モデルに対し公差解析が行われる場合、２次元形状に対し公差解析が行われる場合と比較して、より実物に近い状態で公差解析が行われることから、公差解析の精度が向上する。したがって、設計初期段階における設計精度を向上させることができることから、後工程（例えば、部品作成後）における部品の建付け不成立となる可能性を低減させることができる。

公差解析手段１５には、公差解析手段１５による公差解析に基づいて、３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定手段１７が接続されている。部分モデル適正判定手段１７は、公差解析手段１５により算出された部品間の隙間のバラツキ及び寄与率に基づいて、部分モデルが適正か否かを判定する。具体的には、部分モデル適正判定手段１７は寄与率の大きい部位（例えば、８０％以上）に対するバラツキが大きいとき、部分モデルが適正でないと判定する。

部分モデル適正判定手段１７には、部分モデル適正判定手段１７により３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、公差解析手段１５による公差解析に基づいて、設計変更を行う設計変更手段１９が接続されている。設計変更手段１９は例えば、公差解析手段１５により算出された部品間の隙間のバラツキ及び寄与率等の公差解析に基づいて、２次元形状の寸法等を再検討し、変更等を行う。

また、部分モデル適正判定手段１７には、部分モデル適正判定手段１７により３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、構成情報取得手段７により取得された部品構成情報と属性情報取得手段９により取得された部品属性情報とに基づいて、３次元モデルを構築する３次元モデル構築手段２１が接続されている。

３次元モデル構築手段２１は、２次元モデル全体に対応する３次元モデルを構築する。上述したように、３次元の部分モデルに対する公差解析が行われ、設計再検討等が行われた２次元形状に基づいて、３次元モデルの構築が行われる。したがって、３次元モデル構築手段２１により構築された３次元モデルにおいて、不具合等が生じ、設計変更が生じる可能性は大幅に低減される。

なお、設計支援装置１のハードウェアはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、上述したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク等の記憶手段５、上述したＣＲＴ等の画像表示手段３、ＧＣ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｃａｒｄ）、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、およびバス等から構成されている。

ＣＰＵは、ハードディスク等に格納されるプログラムに従って、各種演算処理を実行するとともに、装置の各部を制御する。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する基本的なプログラムやデータ等を格納している。ＲＡＭは、ＣＰＵが実行中のプログラムや演算中のデータ等を一時的に格納する。

上述した、構成情報取得手段７、属性情報取得手段９、部分モデル構築手段１３、幾何公差設定手段１１、公差解析手段１５、部分モデル適正判定手段１７、設計変更手段１９、３次元モデル構築手段２１、および後述の適正判定手段２３はプログラムにより実現され、これらプログラムはハードディスク又はＲＯＭに格納されている。

ＧＣは、ＣＰＵから供給された描画命令に従って演算処理を実行し、得られた画像を映像信号に変換して画像表示手段３に供給する。Ｉ／Ｆはネットワークを介して他の装置とデータを授受する際に、データの表現形式を適宜変更するとともに、定められた通信プロトコルに応じた制御処理を実行する。バスはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、ＧＣ、およびＩ／Ｆを相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能とする。

次に、設計支援装置１による動作のフローについて説明する。

図５は設計支援装置１の動作フローを示すフローチャートである。

２次元形状に対し、構造検討が行われ記憶手段５に記憶される（Ｓ１００）。

構成情報取得手段７は記憶手段５に記憶された部品配置、部品基準位置、および接続構造等の部品構成情報を取得する（Ｓ１１０）。

次に、属性情報取得手段９は記憶手段５に記憶された部品の材質、部品の質量、板厚、部品の寸法の部品属性情報を取得する（Ｓ１２０）。

その後、部分モデル構築手段１３は構成情報取得手段７により取得された部品構成情報に基づいて、２次元形状のうちの所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する（Ｓ１３０）。

幾何公差設定手段１１は、属性情報取得手段９により取得された部品属性情報に基づいて、所定部分に対応する３次元の部分モデルの幾何公差を設定する（Ｓ１４０）。

次に、公差解析手段１５は、幾何公差設定手段１１により設定された幾何公差に基づいて、３次元の部分モデルに対し公差解析を行う（Ｓ１５０）。

公差解析手段１５による公差解析の結果は、画像表示手段３により表示される（図４）。これにより、当該設計部署および他部署に対するデザインレビュー（Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｖｉｅｗ）において、設計検討過程の部品の建付け等を明確に明示することができ、設計効率の向上に繋がる。

その後、部分モデル適正判定手段１７は、公差解析手段１５による公差解析に基づいて、３次元の部分モデルが適正か否かを判定する（Ｓ１６０）。

部分モデル適正判定手段１７により、３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、設計変更手段１９は公差解析手段１５による公差解析に基づいて、２次元形状の設計変更を行い（Ｓ１７０）、上述した（Ｓ１００）の処理に戻る。

一方、部分モデル適正判定手段１７により、３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、３次元モデル構築手段２１は構成情報取得手段７により取得された部品構成情報と属性情報取得手段９により取得された部品属性情報とに基づいて、３次元モデルを構築する（Ｓ１８０）。

次に、適正判定手段２３は構築された３次元モデルの、剛性解析、流動解析、見栄え検討等に基づいて、３次元形状が適正であるか否かが判定する（Ｓ１９０）。

適正判定手段２３により３次元形状が適正であると判定されたとき、適正判定された３次元モデルに基づいて、実物での組付けが行われ、当該実物が適正か否かが判定される（Ｓ２００）。

一方、適正判定手段２３により３次元形状が適正でないと判定されたとき、上述した（Ｓ１００）又は（Ｓ１８０）の処理に戻る。

組付けられた実物が適正であると判定されたとき（Ｓ２００）、本フローによる処理を終了する。一方、組付けられた実物が適正でないと判定されたとき（Ｓ２００）、上述した（Ｓ１００）の処理に戻る。

以上、部分モデル構築手段１３は、２次元形状のうちの所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築し、公差解析手段１５は幾何公差設定手段１１により設定された幾何公差に基づいて、３次元の部分モデルに対し公差解析を行う。これにより、設計変更が生じ易い設計初期段階において、設計変更時のモデリング時間を、従来のフルモデリング（２次元形状全体をモデリング）場合と比較して、大幅に低減することできる。すなわち、設計効率を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、ＣＡＤ装置に利用できる。

本発明の一実施例に係る設計支援装置の特徴的な機能を表す機能ブロック図である。 （ａ）所定部分である部品取付け部の一例を示す断面図である。（ｂ）所定部分である部品合せ部の一例を示す断面図である。 幾何公差設定手段により設定され幾何公差の一例を示す図である。 公差解析手段による公差解析の一例を示す図であり、バラツキおよび寄与率（％）を示す図である。 設計支援装置の動作フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 設計支援装置
３ 画像表示手段
５ 記憶手段
７ 構成情報取得手段
９ 属性情報取得手段
１１ 幾何公差設定手段
１３ 部分モデル構築手段
１５ 公差解析手段
１７ 部分モデル適正判定手段
１９ 設計変更手段
２１ ３次元モデル構築手段
２３ 適正判定手段

Claims (10)

1. 任意の２次元形状に基づいて、３次元モデルを構築する設計支援装置であって、
   前記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得手段と、
   前記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得手段と、
   前記構成情報取得手段により取得された前記部品構成情報に基づいて、前記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築手段と、
   前記属性情報取得手段により取得された前記部品属性情報に基づいて、前記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定手段と、
   前記幾何公差設定手段により設定された前記幾何公差に基づいて、前記部分モデル構築手段により構築された前記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析手段と、を備えることを特徴とする設計支援装置。
2. 請求項１記載の設計支援装置であって、
   前記部品構成情報は、前記２次元形状を構成する部品の配置、該部品の基準位置、および該部品間の接続構造であることを特徴とする設計支援装置。
3. 請求項１又は２記載の設計支援装置であって、
   前記部品属性情報は、前記２次元形状を構成する部品の材質、該部品の質量、該部品の寸法であることを特徴とする設計支援装置。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の設計支援装置であって、
   前記所定部分は、前記２次元形状における前記部品の取付部、または前記部品の合せ部であることを特徴とする設計支援装置。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の設計支援装置であって、
   前記公差解析手段による前記公差解析に基づいて、前記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定手段と、
   前記部分モデル適正判定手段により前記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、前記公差解析に基づいて前記２次元形状の設計変更を行う設計変更手段を、更に備えることを特徴とする設計支援装置。
6. 請求項５項記載の設計支援装置であって、
   前記部分モデル適正判定手段により前記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、前記構成情報取得手段により取得された前記部品構成情報と前記属性情報取得手段により取得された前記部品属性情報とに基づいて、前記３次元モデルを構築する３次元モデル構築手段、を更に備えることを特徴とする設計支援装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の設計支援装置であって、
   前記公差解析手段による前記公差解析を表示する画像表示手段を更に備えることを特徴とする設計支援装置。
8. 任意の２次元形状に基づいて、コンピュータが３次元モデルを構築する設計支援方法であって、
   前記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得ステップと、
   前記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得ステップと、
   前記構成情報取得ステップにより取得された前記部品構成情報に基づいて、前記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築ステップと、
   前記属性情報取得ステップにより取得された前記部品属性情報に基づいて、前記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定ステップと、
   前記幾何公差設定ステップにより設定された前記幾何公差に基づいて、前記部分モデル構築手段により構築された前記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析ステップと、
   前記公差解析ステップによる前記公差解析に基づいて、前記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定ステップと、
   前記部分モデル適正判定ステップにより前記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、前記公差解析に基づいて前記２次元形状の設計変更を行う設計変更ステップと、
   前記部分モデル適正判定ステップにより前記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、前記構成情報取得ステップにより取得された前記部品構成情報と前記属性情報取得ステップにより取得された前記部品属性情報とに基づいて、前記３次元モデルを構築する３次元モデル構築ステップと、を備えることを特徴とする設計支援方法。
9. 任意の２次元形状に基づいて、３次元モデルを構築する設計支援プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記２次元形状の部品構成情報を取得する構成情報取得手順と、
   前記２次元形状の部品属性情報を取得する属性情報取得手順と、
   前記構成情報取得手順により取得された前記部品構成情報に基づいて、前記２次元形状のうち所定部分に対応する３次元の部分モデルを構築する部分モデル構築手順と、
   前記属性情報取得手順により取得された前記部品属性情報に基づいて、前記３次元の部分モデルに対する幾何公差を設定する幾何公差設定手順と、
   前記幾何公差設定手順により設定された前記幾何公差に基づいて、前記部分モデル構築手段により構築された前記３次元の部分モデルに対し公差解析を行う公差解析手順と、
   前記公差解析手順による前記公差解析に基づいて、前記３次元の部分モデルが適正か否かを判定する部分モデル適正判定手順と、
   前記部分モデル適正判定手順により前記３次元の部分モデルが適正でないと判定されたとき、前記公差解析に基づいて前記２次元形状の設計変更を行う設計変更手順と、
   前記部分モデル適正判定手順により前記３次元の部分モデルが適正であると判定されたとき、前記構成情報取得手順により取得された前記部品構成情報と前記属性情報取得手順により取得された前記部品属性情報とに基づいて、前記３次元モデルを構築する３次元モデル構築手順と、
   を実行させるための設計支援プログラム。
10. 請求項９に記載の設計支援プログラムが格納されていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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