JP4648386B2 - 設計支援装置、設計支援方法、設計支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、品質工学とシミュレーションを用いて、設計パラメータと設計対象の特性との関係を効率的に評価する設計支援装置、設計支援方法、設計支援プログラムに関するものである。

コンピュータや携帯電話等の電子機器において、高密度化、高集積化が年々進んでいる。そのため、設計段階において、十分な品質を保証するとともに、想定する機能が十分得られるか検証する必要がある。製品試作前に、品質や機能を評価する方法として、有限要素法等のシミュレーション技術をベースとしたＣＡＥ（Computer Aided Engineering）システムがある。今日では、新規の設計、開発においてＣＡＥシステムによる評価は必須となっている。

一方で、シミュレーションのみの評価は、ある特定の設計案が要求仕様を満たしているかどうかの確認のみが可能である。従って、ある設計パラメータが特性値に与える影響、ある設計パラメータに変動があった場合の特性値に与える影響等、は不明である。これらの影響を分析するためには、品質工学等の分析とシミュレーションを組み合わせて実行する方法が有効である。

なお、本発明の関連ある従来技術として、例えば、下記に示す特許文献１が知られている。この設備信頼性設計支援装置は、タグチメソッドに基づいて設備と部品の設計変数を直交表に割り付け、この直交表に基づいて設計解析モデルまたは逆問題解析モデルの解析を行い、この解析結果に基づいて応答曲面を求め、この応答曲面を用いて最適化設計を行うものである。
特開２００１−１２５９３３号公報

しかしながら、従来の品質工学分析を行うためには、大変多くのシミュレーションを行う必要があり、多くの工数を必要とするとともに、結果を得るまでに数日を要する場合もあり、迅速な評価は困難であった。また、設計者が、品質工学、実験計画法等の分析手順をマスターしておく必要があり、マスターしていない場合は専門家と相談しながら進める必要があった。また、従来の品質工学分析では、設計パラメータが特性値に与える影響の分析は可能であるが、設計パラメータが任意の値に変化した場合の特性値の変化を求めることは困難であった。また、従来の品質工学分析においては、シミュレーションにより得られた特性値の全てを１つの集合の特性として品質工学分析を行っていたが、この集合には設計可能でない範囲も含まれており、設計可能な範囲における精度が十分でない場合があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、設計パラメータと設計対象の特性との関係について、容易に精度の高い分析を行うための設計支援装置、設計支援方法、設計支援プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を行う設計支援装置であって、設計パラメータ値を直交表に割り付けることにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画部と、誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付けることにより、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力を作成するシミュレーション入力作成部と、前記シミュレーションへの入力を用いて、前記シミュレーションの実行の指示を行うシミュレーション指示部と、前記シミュレーションの結果に基づいて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、分析を行う分析部とを備えたものである。

また、本発明に係る設計支援装置において、更に、前記シミュレーションの結果として得られる設計パラメータ値と特性値を用いて、設計パラメータ値と特性値との関係を表す応答曲面を算出する応答曲面算出部を有し、前記分析部は、前記応答曲面を用いて任意の設計パラメータ値と特性値の組を算出し、分析を行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係る設計支援装置において、更に、前記設計パラメータ値と特性値の組から、特性値が所定の基準を満たす組を選択し、選択した設計パラメータ値と特性値の組で表される点の間の距離に基づいて、前記選択した設計パラメータ値と特性値の組をクラスタに分類するクラスタリング部を有し、前記分析部は、前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組を用いて、分析を行うことを特徴とするものである。

また、本発明は、制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションに対して、必要な設定をシミュレーション入力ファイルとして作成する設計支援装置であって、設計パラメータ値を直交表に割り付けることにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画部と、設計パラメータ名と識別子の対応付けを予め用意し、前記シミュレーション入力ファイルの設計パラメータ値を識別子で記述したファイルであるシミュレーション入力雛形ファイルを予め用意し、前記設計パラメータ値の組み合わせ毎に、前記シミュレーション入力雛形ファイル中の識別子を前記対応付けに従って設計パラメータ値に置き換えたものを前記シミュレーション入力ファイルとして出力し、設計パラメータのうちの誤差因子名が制御因子名と一致する場合には、該誤差因子名に対応する識別子を、制御因子値に誤差因子値を加えた値へと置き換えるシミュレーション入力作成部とを備えたものである。

また、本発明に係る設計支援装置において、前記シミュレーション入力作成部は、誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付けることにより、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、設計パラメータ名と識別子の対応付けを予め用意し、前記シミュレーションの設定について設計パラメータ値を識別子で記述したファイルであるシミュレーション入力雛形ファイルを予め用意し、前記設計パラメータ値の組み合わせ毎に、前記シミュレーション入力雛形ファイル中の識別子を前記対応付けに従って設計パラメータ値に置き換えたものをシミュレーション入力ファイルとして出力し、設計パラメータのうちの誤差因子名が制御因子名と一致する場合には、該誤差因子名に対応する識別子を、制御因子値に誤差因子値を加えた値へと置き換えることを特徴とするものである。

また、本発明は、制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を行う設計支援方法であって、設計パラメータ値を直交表に割り付けることにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画ステップと、誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付けることにより、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力を作成するシミュレーション入力作成ステップと、前記シミュレーションへの入力を用いて、前記シミュレーションの実行の指示を行うシミュレーション指示ステップと、前記シミュレーションの結果に基づいて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、分析を行う分析ステップとを実行するものである。

また、本発明に係る設計支援方法において、更に前記シミュレーション指示ステップとの前記分析ステップの間に、前記シミュレーションの結果として得られる設計パラメータ値と特性値を用いて、設計パラメータ値と特性値との関係を表す応答曲面を算出する応答曲面算出ステップを有し、前記分析ステップは、前記応答曲面を用いて任意の設計パラメータ値と特性値の組を算出し、分析を行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係る設計支援方法において、更に前記シミュレーション指示ステップとの前記分析ステップの間に、前記設計パラメータ値と特性値の組から、特性値が所定の基準を満たす組を選択し、選択した設計パラメータ値と特性値の組で表される点の間の距離に基づいて、前記選択した設計パラメータ値と特性値の組をクラスタに分類するクラスタリングステップを有し、前記分析ステップは、前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組を用いて、分析を行うことを特徴とするものである。

また、本発明は、制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションに対して、必要な設定をシミュレーション入力ファイルとして作成する設計支援方法であって、設計パラメータ値を直交表に割り付けることにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画ステップと、設計パラメータ名と識別子の対応付けを予め用意し、前記シミュレーション入力ファイルの設計パラメータ値を識別子で記述したファイルであるシミュレーション入力雛形ファイルを予め用意し、前記設計パラメータ値の組み合わせ毎に、前記シミュレーション入力雛形ファイル中の識別子を前記対応付けに従って設計パラメータ値に置き換えたものを前記シミュレーション入力ファイルとして出力し、設計パラメータのうちの誤差因子名が制御因子名と一致する場合には、該誤差因子名に対応する識別子を、制御因子値に誤差因子値を加えた値へと置き換えるシミュレーション入力作成ステップとを実行するものである。

また、本発明に係る設計支援方法において、前記シミュレーション入力作成ステップは、誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付けることにより、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、設計パラメータ名と識別子の対応付けを予め用意し、前記シミュレーションの設定について設計パラメータ値を識別子で記述したファイルであるシミュレーション入力雛形ファイルを予め用意し、前記設計パラメータ値の組み合わせ毎に、前記シミュレーション入力雛形ファイル中の識別子を前記対応付けに従って設計パラメータ値に置き換えたものをシミュレーション入力ファイルとして出力し、設計パラメータのうちの誤差因子名が制御因子名と一致する場合には、該誤差因子名に対応する識別子を、制御因子値に誤差因子値を加えた値へと置き換えることを特徴とするものである。

また、本発明は、制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を行う設計支援方法をコンピュータに実行させる設計支援プログラムであって、設計パラメータ値を直交表に割り付けることにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画ステップと、誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付けることにより、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力を作成するシミュレーション入力作成ステップと、前記シミュレーションへの入力を用いて、前記シミュレーションの実行の指示を行うシミュレーション指示ステップと、前記シミュレーションの結果に基づいて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、分析を行う分析ステップとをコンピュータに実行させるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１．
まず、本実施の形態に係る設計支援装置の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係る設計支援装置の構成の一例を示すブロック図である。この設計支援装置１は、実験計画部１１、シミュレーション入力作成部１２、シミュレーション指示部２１、シミュレーション結果抽出部２２、分析部３０、設計情報ＤＢ（データベース）５０、表示部５１を備える。分析部３０は、応答曲面算出部３１、品質工学分析部３２、クラスタリング部４１を備える。シミュレーションサーバ２は、シミュレーション指示部２１から受信したシミュレーション入力ファイルに従って設計対象に関するシミュレーションを行い、シミュレーション結果をシミュレーション結果抽出部２２へ送信する。このシミュレーションは、シミュレーション入力ファイルに含まれる設計パラメータ値を用いて評価を行うことにより、設計対象の特性値を算出し、評価特性値としてシミュレーション結果に含める。

次に、実施の形態１に係る設計支援装置の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係る設計支援装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、実験計画部１１は、ユーザからのＧＵＩ（Graphical User Interface）入力またはファイル入力により、設計パラメータである制御因子と誤差因子と信号因子の変数名、各変数の水準数、各水準値を取得する（Ｓ１１）。

次に、実験計画部１１は、設計パラメータの種類、変数の数、水準数に応じた直交表を作成することにより、設計パラメータ値の適切な組み合わせを選択し、シミュレーション入力作成部１２へ渡す（Ｓ１２）。ここで、実験計画部１１は、自動的に適切な直交表の選択と、直交表への設計パラメータ値の割り付けを行うことにより、設計パラメータ値の組み合わせを選択する。設計パラメータに応じた直交表作成方法は、次の４つのケースに対応する。

第１のケースは、制御因子を適切な直交表に割り付け、誤差因子の全組み合わせを実施し、信号因子を含まない場合である。図３は、本発明に係る第１のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。この例において、制御因子はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、誤差因子はＸ，Ｙである。

第２のケースは、制御因子と誤差因子を適切な直交表に割り付け、直積実験を行い、信号因子を含まない場合である。図４は、本発明に係る第２のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。この例において、制御因子はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、誤差因子はＸ，Ｙ，Ｚ，Ｗである。

第３のケースは、制御因子を適切な直交表に割り付け、誤差因子の調合を行い、条件を２〜３条件に統一し、信号因子を含まない場合である。図５は、本発明に係る第３のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。この例において、制御因子はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、誤差因子はＸ，Ｙ，Ｚ，Ｗ、条件はＮ１，Ｎ２である。

第４のケースは、制御因子を適切な直交表に割り付け、信号因子を含む動特性の場合で、第１〜第３のケースに示した誤差因子割り付け方法の全ての組み合わせを実行可能とする。図６は、本発明に係る第４のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。この例において、制御因子はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、信号因子はＭ１，Ｍ２，Ｍ３、条件はＮ１，Ｎ２である。

ここで、直交表作成のＧＵＩの例を挙げる。図７は、本発明に係る直交表作成における解析パターンの設定のＧＵＩの一例を示す図である。ここでユーザは、内側因子と外側因子の組み合わせ数の設定を行う。図８は、本発明に係る直交表作成における制御因子の設定のＧＵＩの一例を示す図である。ここでユーザは、直交表のタイプ、制御因子の変数名と水準値の設定を行う。図９は、本発明に係る直交表作成における制御因子の組み合わせの設定のＧＵＩの一例を示す図である。ここでユーザは、直交表に基づいた、制御因子の組み合わせの設定を行う。図１０は、本発明に係る直交表作成における誤差因子の設定のＧＵＩの一例を示す図である。ここでユーザは、誤差因子の変数名と水準値、更に誤差因子の調合の設定を行う。

次に、シミュレーション入力作成部１２は、実験計画部１１で得られた設計パラメータの組み合わせと予め用意されたシミュレーション入力雛形ファイルを用いて、設計パラメータの組み合わせ毎のシミュレーション入力ファイルを作成し、シミュレーション指示部２１へ渡す（Ｓ１３）。ここで、シミュレーション入力ファイルは、シミュレーションに入力する設定を記述したファイルである。また、シミュレーション入力雛形ファイルは、シミュレーション入力ファイルの元となる基本的な設定を記述したファイルであり、“＄”を付けた変数番号で変数を記す。図１１は、本発明に係る変数名と変数番号の対応付けの一例を示す表である。制御因子の変数名は現れた順に＄１から始まる連番で対応づけられ、誤差因子の変数名は現れた順に＄１００１から始まる連番で対応づけられ、信号因子の変数名は現れた順に＄２００１から始まる連番で対応づけられる。図１２は、本発明に係るシミュレーション入力雛形ファイルの一例を示す表である。このシミュレーション入力雛形ファイル中には、“＄”を付けた変数番号が含まれている。ここでは、“＄”を付けた変数番号を用いたが、他の識別子を用いても良い。

シミュレーション入力作成部１２は、このシミュレーション入力雛形ファイル中の変数番号は、変数名と変数番号の対応付けに従って、実験計画部１１で得られた設計パラメータの組み合わせ毎の変数値に置き換えられ、シミュレーション入力ファイルとして作成される。ここで、誤差因子名が制御因子名と一致しない場合は、上述した置き換えがそのまま行われるが、誤差因子名が制御因子名と一致する場合、誤差因子名は制御因子に対する誤差の変数名と認識された後、上述した置き換えが行われる。例えば図１１の例において、誤差因子Ａは、制御因子Ａと同じ変数名であるため、誤差因子ΔＡとして扱う。また、シミュレーション入力雛形ファイルにおける“＄１”は、シミュレーション入力ファイルにおいて制御因子Ａの値に置き換えられ、シミュレーション入力雛形ファイルにおける“＄２００１”は、シミュレーション入力ファイルにおいて制御因子に誤差因子を含めたＡ＋ΔＡの値に置き換えられる。図１３は、本発明に係るシミュレーション入力ファイルの一例を示す表である。図１２のシミュレーション入力雛形ファイル中の変数番号が変数値に置き換えられている。このシミュレーション入力作成部１２により、１つのシミュレーション入力雛形ファイルを容易しておくだけで多数のシミュレーション入力ファイルを容易に作成することができると共に、誤差因子名が制御因子名と一致する場合でも適切な処理を行うことができる。

次に、シミュレーション指示部２１は、シミュレーション入力ファイルをシミュレーションサーバ２へ送信し、シミュレーションの実行を指示する（Ｓ２１）。次に、シミュレーション結果抽出部２２は、シミュレーションサーバ２からシミュレーション結果を受信すると（Ｓ２２）、シミュレーション結果から分析に必要な評価特性値を抽出し、シミュレーション毎の設計パラメータ値と評価特性値の組として分析部３０へ渡す（Ｓ２３）。抽出された評価特性値は参照することもできる。図１４は、本発明に係る評価特性値参照のＧＵＩの一例を示す図である。ここでは、シミュレーション毎の評価特性値が表示される。

次に、分析部３０は、ユーザから指定された分析方法に応じた分析を行い、分析結果を設計情報データベース５０に格納する（Ｓ３１）。次に、表示部５１は、分析結果の表示を行い（Ｓ３２）、このフローを終了する。

次に、分析部３０における動作の詳細について説明する。分析部３０は、ユーザに選択された分析方法を用いて分析を行う。ここでは、６種類の分析方法について説明する。

図１５は、実施の形態１に係る第１の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、品質工学分析部３２は、入力された設計パラメータ値と評価特性値の組の集合から、制御因子が評価特性値に与える影響度の算出を行い、分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ４１）、このフローを終了する。影響度とは、例えばＳＮ比である。分析結果である影響度は、表示部５１により表示することができる。図１６は、本発明に係る品質工学分析部の分析結果の表示の一例を示す図である。この図の例は、２水準の制御因子、１０個について分析した場合であり、各制御因子の水準値の変化に対するＳＮ比［ｄＢ］の変化が表されている。例えば、制御因子Ａの水準値がＡ１からＡ２へ変化すると、ＳＮ比は約−５ｄＢ変化することが分かる。

図１７は、実施の形態１に係る第２の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、応答曲面算出部３１は、入力された設計パラメータ値と評価特性値の組の集合から、最小二乗法を用いて、設計パラメータ値と評価特性値との関係を表す近似式である応答曲面の算出を行い、分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ５１）、このフローを終了する。図１８は、本発明に係る応答曲面算出部の分析結果の表示設定の画面の一例を示す図である。この画面において表示設定を行い、「グラフ出力」のボタンをクリックすると、分析結果である応答曲面のグラフが表示部５１により表示される。

図１９は、実施の形態１に係る第３の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、まず、応答曲面算出部３１は、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い、品質工学分析部３２へ出力する（Ｓ６１）。次に、品質工学分析部３２は、応答曲面算出部３１から得られた応答曲面を用いて、制御因子の任意の値で制御因子が特性値に与える影響度の算出を行い、分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ６２）、このフローを終了する。

図２０は、実施の形態１に係る第４の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、まず、クラスタリング部４１は、入力された設計パラメータと評価特性値の組から、予め設定された設計許容値以上となる評価特性値を持つ組を選択する。ここで、評価特性値が設計許容値以上であれば設計可能な評価特性値と判断する。更に、選択した組をクラスタに分類するクラスタリングを行い、クラスタ毎に設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を品質工学分析部３２へ出力する（Ｓ７１）。ここでは、設計パラメータ値と評価特性値の組で表される点の間の距離であるユークリッド距離またはマハラノビス距離を算出し、距離に基づく近傍の点をクラスタとしてまとめることによりクラスタリングを行う。次に、品質工学分析部３２は、クラスタ毎に、処理Ｓ４１と同様にして影響度の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ７２）、このフローを終了する。

図２１は、本発明に係るクラスタリング部の動作の一例を示す図である。横軸は１変数、１７水準の制御因子Ｘ、縦軸は評価特性値Ｙである。更に、Ｙの設計許容値を示す線が引かれている。Ｙの値が設計許容値を超えているものが設計可能な解である。この例では、設計可能なＸとＹの組からなる点が、３つのクラスタに分類されている。また、クラスタ毎に解の制御因子Ｘが評価特性値Ｙに与える影響度は異なる。例えば、クラスタ１においてＸが大きく変化してもＹはそれほど大きく変化しない。一方、クラスタ２、クラスタ３においてＸの変化に対するＹの変化は大きい。このように、クラスタに分類し、個々に分析を行うことにより、精度の高い分析を行うことができる。

図２２は、実施の形態１に係る第５の分析方法の一例を示すフローチャートである。まず、クラスタリング部４１は、処理Ｓ７１と同様にしてクラスタリングを行い、クラスタ毎の設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を応答曲面算出部３１へ出力する（Ｓ８１）。次に、応答曲面算出部３１は、クラスタ毎に、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ８２）、このフローを終了する。

図２３は、実施の形態１に係る第６の分析方法の一例を示すフローチャートである。まず、クラスタリング部４１は、処理Ｓ７１と同様にしてクラスタリングを行い、クラスタ毎の設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を応答曲面算出部３１へ出力する（Ｓ９１）。次に、応答曲面算出部３１は、クラスタ毎に、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い、品質工学分析部３２へ出力する（Ｓ９２）。次に、品質工学分析部３２は、クラスタ毎に、応答曲面算出部３１から得られた応答曲面を用いて、クラスタの重心を基準とした制御因子の任意の値で制御因子が特性値に与える影響度の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ９３）、このフローを終了する。

なお、必ずしも本実施の形態における構成を全て備える必要はなく、一部だけを備える構成としても良い。また、必ずしも分析方法の全てを備える必要はなく、一部だけを実行しても良い。

実施の形態２．
実施の形態１の設計支援装置においては、誤差因子、信号因子等の外側因子の数や、その水準数が多い場合には、シミュレーションの数が莫大な数となり、実行に時間が掛かる。本実施の形態では、シミュレーションの数を削減する設計支援装置について説明する。

まず、実施の形態２に係る設計支援装置の構成について説明する。図２４は、実施の形態２に係る設計支援装置の構成の一例を示すブロック図である。図２４において、図１と同一符号は図１に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。図１と比較すると図２４は、設計支援装置１の代わりに設計支援装置１０１を備える。設計支援装置１と比較する設計支援装置１０１は、シミュレーション入力作成部１２の代わりにシミュレーション入力作成部１１２を備え、分析部３０の代わりに分析部１３０を備える。分析部３０と比較すると分析部１３０は、応答曲面算出部３１の代わりに応答曲面算出部１３１を備え、品質工学分析部３２の代わりに品質工学分析部１３２を備え、クラスタリング部４１の代わりにクラスタリング部１４１を備える。

次に、本実施の形態に係る設計支援装置の動作について説明する。図２５は、実施の形態２に係る設計支援装置の動作の一例を示すフローチャートである。図２５において、図２と同一符号は図２に示された対象と同一又は相当処理を示しており、ここでの説明を省略する。図２と比較すると図２５は、処理Ｓ１３の代わりに処理Ｓ１１３を実行し、処理Ｓ３１の代わりに処理Ｓ１３１を実行する。

ここで、処理Ｓ１１３について説明する。図２６は、通常の品質工学における誤差因子の割り付けの一例を示す直交表である。この例では、誤差因子１個（Ｘ）が３水準、制御因子２個（Ａ，Ｂ）が３水準の場合、通常の品質工学では２７ケース（Ｃ１〜Ｃ２７）のシミュレーションを実行する必要がある。シミュレーション入力作成部１１２は、品質工学において通常は外側因子となる誤差因子等を、内側因子として適切な直交表に割り付けることにより、シミュレーションに用いる設計パラメータの組み合わせの数を削減する。図２７は、実施の形態２に係るシミュレーション入力作成部による誤差因子の割り付けの一例を示す直交表である。シミュレーション指示部６１によれば、図２６と図２７の例に示すように２７ケース（Ｃ１〜Ｃ２７）から９ケース（Ｄ１〜Ｄ９）へと、シミュレーションに要する時間を１／３に削減することができる。

更に、シミュレーション入力作成部１１２は、シミュレーション入力作成部１２と同様にしてシミュレーション入力ファイルを作成する。

次に、処理Ｓ１３１について説明する。シミュレーション結果抽出部２２から分析部１３０へは、削減された設計パラメータ値と評価特性値の組が入力される。分析部１３０においては、始めに応答曲面算出部１３１が削減された組み合わせから応答曲面を算出することにより、制御因子の任意の値に対する評価特性値を応答曲面から求めることができる。従って、シミュレーション入力作成部１１２により組み合わせが削減されているものの、分析に用いる組み合わせを任意に取ることができる。また、分析部１３０は、ユーザに選択された分析方法を用いて分析を行う。ここでは、５種類の分析方法について説明する。

図２８は、実施の形態２に係る第１の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い（Ｓ１５１）、このフローを終了する。

図２９は、実施の形態２に係る第２の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、まず、応答曲面算出部１３１は、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い、品質工学分析部１３２へ出力する（Ｓ１６１）。次に、品質工学分析部１３２は、応答曲面算出部１３１から得られた応答曲面を用いて任意の制御因子値と特性値の組を算出し、制御因子が特性値に与える影響度の算出を行い、分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ１６２）、このフローを終了する。

図３０は、実施の形態２に係る第３の分析方法の一例を示すフローチャートである。この分析方法において、まず、応答曲面算出部１３１は、上述した応答曲面の算出を行い、クラスタリング部１４１へ出力する（Ｓ１７０）。次に、クラスタリング部１４１は、応答曲面算出部１３１から得られた応答曲面を用いて任意の設計パラメータ値と評価特性値の組を算出し、予め設定された設計許容値と比較することにより、設計可能となる特性値に対応する設計パラメータ値と評価特性値の組を選択する。更に、処理Ｓ７１と同様にして選択した組をクラスタに分類するクラスタリングを行い、クラスタ毎の設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を品質工学分析部１３２へ出力する（Ｓ１７１）。次に、品質工学分析部１３２は、クラスタ毎に、処理Ｓ４１と同様にして影響度の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ１７２）、このフローを終了する。

図３１は、実施の形態２に係る第４の分析方法の一例を示すフローチャートである。まず、応答曲面算出部１３１は、処理Ｓ１７０と同様にして応答曲面の算出を行い、クラスタリング部１４１へ出力する（Ｓ１８０）。次に、クラスタリング部１４１は、処理Ｓ１７１と同様にしてクラスタリングを行い、クラスタ毎の設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を応答曲面算出部１３１へ出力する（Ｓ１８１）。次に、応答曲面算出部１３１は、クラスタ毎に、処理Ｓ５１と同様にして応答曲面の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ１８２）、このフローを終了する。

図３２は、実施の形態２に係る第５の分析方法の一例を示すフローチャートである。まず、応答曲面算出部１３１は、処理Ｓ１７０と同様にして応答曲面の算出を行い、クラスタリング部１４１へ出力する（Ｓ１９０）。次に、クラスタリング部１４１は、処理Ｓ１７１と同様にしてクラスタリングを行い、クラスタ毎の設計パラメータ値と評価特性値の組の集合を応答曲面算出部１３１へ出力する（Ｓ１９１）。次に、応答曲面算出部１３１は、クラスタ毎に、上述した応答曲面の算出を行い、品質工学分析部１３２へ出力する（Ｓ１９２）。次に、品質工学分析部１３２は、応答曲面算出部１３１から得られたクラスタ毎の応答曲面を用いて、クラスタの重心を基準とした制御因子の任意の値で制御因子が特性値に与える影響度の算出を行い、クラスタ毎の分析結果として設計情報データベースへ格納し（Ｓ１９３）、このフローを終了する。

更に、設計支援装置を構成するコンピュータに上述した各ステップを実行させるプログラムを、設計支援プログラムとして提供することができる。上述したプログラムは、コンピュータにより読取り可能な記録媒体に記憶させることによって、設計支援装置を構成するコンピュータに実行させることが可能となる。ここで、上記コンピュータにより読取り可能な記録媒体としては、ＲＯＭやＲＡＭ等のコンピュータに内部実装される内部記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカード等の可搬型記憶媒体や、コンピュータプログラムを保持するデータベース、或いは、他のコンピュータ並びにそのデータベースや、更に回線上の伝送媒体をも含むものである。

なお、分析部は、実施の形態における応答曲面算出部、品質工学分析部、クラスタリング部に対応する。

本発明によれば、自動的に実験計画、シミュレーション、分析を行うことができることから、品質工学に関する高度な知識を必要としない。また、シミュレーションの数を削減し、応答曲面を用いて任意の特性値についての分析を行うことにより、極めて高速に分析を行うことができる。特性値をクラスタに分類し、個々に分析を行うことにより、精度が高い分析を行うことができる。

実施の形態１に係る設計支援装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る設計支援装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る第１のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。 本発明に係る第２のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。 本発明に係る第３のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。 本発明に係る第４のケースにおける設計パラメータの割り付けの一例を示す直交表である。 本発明に係る直交表作成における解析パターンの設定のＧＵＩの一例を示す図である。 本発明に係る直交表作成における制御因子の設定のＧＵＩの一例を示す図である。 本発明に係る直交表作成における制御因子の組み合わせの設定のＧＵＩの一例を示す図である。 本発明に係る直交表作成における誤差因子の設定のＧＵＩの一例を示す図である。 本発明に係る変数名と変数番号の対応付けの一例を示す表である。 本発明に係るシミュレーション入力雛形ファイルの一例を示す表である。 本発明に係るシミュレーション入力ファイルの一例を示す表である。 本発明に係る評価特性値参照のＧＵＩの一例を示す図である。 実施の形態１に係る第１の分析方法の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る品質工学分析部の分析結果の表示の一例を示す図である。 実施の形態１に係る第２の分析方法の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る応答曲面算出部の分析結果の表示設定のＧＵＩの一例を示す図である。 実施の形態１に係る第３の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る第４の分析方法の一例を示すフローチャートである。 本発明に係るクラスタリング部の動作の一例を示す図である。 実施の形態１に係る第５の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る第６の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る設計支援装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る設計支援装置の動作の一例を示すフローチャートである。 通常の品質工学における誤差因子の割り付けの一例を示す直交表である。 実施の形態２に係るシミュレーション入力作成部による誤差因子の割り付けの一例を示す直交表である。 実施の形態２に係る第１の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る第２の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る第３の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る第４の分析方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る第５の分析方法の一例を示すフローチャートである。

Claims (3)

1. 制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を行う設計支援装置であって、
   ユーザの入力に基づいて、設計パラメータ値を直交表に割り付け、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画部と、
   誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付け、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力情報を作成するシミュレーション入力作成部と、
   前記シミュレーションへの入力情報を、前記シミュレーションを実行するサーバへ送信し、前記シミュレーションの実行の指示を前記サーバに対して行うシミュレーション指示部と、
   前記サーバから前記シミュレーションの結果を受信するシミュレーション結果抽出部と、
   前記シミュレーションの結果として得られる設計パラメータ値と特性値を用いて、設計パラメータ値と特性値との関係を表す応答曲面を算出する応答曲面算出部と、
   算出された応答曲面を用いて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、予め設定された許容値と比較することにより、設計可能となる特性値に対応する設計パラメータ値と特性値の組を選択し、選択された設計パラメータ値と特性値の組で表される点の間の距離に基づいて、前記選択された設計パラメータ値と特性値の組をクラスタに分類するクラスタリング部と、
   前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組に基づいて、分析を行う分析部とを備え、
   前記応答曲面算出部は、前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組を用いて、前記クラスタ毎の応答曲面の算出を行い、
   前記分析部は、算出された前記クラスタ毎の応答曲面を用いて、前記分析を行うことを特徴とする設計支援装置。
2. 制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を設計支援装置により行う設計支援方法であって、
   ユーザの入力に基づいて、設計パラメータ値を直交表に割り付け、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画ステップと、
   誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付け、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力情報を作成するシミュレーション入力作成ステップと、
   前記シミュレーションへの入力情報を、前記シミュレーションを実行するサーバへ送信し、前記シミュレーションの実行の指示を前記サーバに対して行うシミュレーション指示ステップと、
   前記サーバから前記シミュレーションの結果を受信するシミュレーション結果抽出ステップと、
   前記シミュレーションの結果として得られる設計パラメータ値と特性値を用いて、設計パラメータ値と特性値との関係を表す応答曲面を算出する応答曲面算出ステップと、
   算出された応答曲面を用いて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、予め設定された許容値と比較することにより、設計可能となる特性値に対応する設計パラメータ値と特性値の組を選択し、選択された設計パラメータ値と特性値の組で表される点の間の距離に基づいて、前記選択された設計パラメータ値と特性値の組をクラスタに分類するクラスタリングステップと、
   前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組に基づいて、分析を行う分析ステップとを設計支援装置により実行し、
   前記応答曲面算出ステップは、前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組を用いて、前記クラスタ毎の応答曲面の算出を行い、
   前記分析ステップは、算出された前記クラスタ毎の応答曲面を用いて、前記分析を設計支援装置により実行することを特徴とする設計支援方法。
3. 制御因子、誤差因子、信号因子等の設計パラメータ値の組み合わせから設計対象の特性値を求めるシミュレーションを用いて、設計パラメータ値と特性値との関係についての分析を行う設計支援方法をコンピュータに実行させる設計支援プログラムであって、
   ユーザの入力に基づいて、設計パラメータ値を直交表に割り付け、設計パラメータ値の組み合わせを選択する実験計画ステップと、
   誤差因子、信号因子等の外側因子を内側因子として直交表に割り付け、前記設計パラメータ値の組み合わせの数を削減し、前記シミュレーションへの入力情報を作成するシミュレーション入力作成ステップと、
   前記シミュレーションへの入力情報を、前記シミュレーションを実行するサーバへ送信し、前記シミュレーションの実行の指示を前記サーバに対して行うシミュレーション指示ステップと、
   前記サーバから前記シミュレーションの結果を受信するシミュレーション結果抽出ステップと、
   前記シミュレーションの結果として得られる設計パラメータ値と特性値を用いて、設計パラメータ値と特性値との関係を表す応答曲面を算出する応答曲面算出ステップと、
   算出された応答曲面を用いて設計パラメータ値と特性値の組を算出し、予め設定された許容値と比較することにより、設計可能となる特性値に対応する設計パラメータ値と特性値の組を選択し、選択された設計パラメータ値と特性値の組で表される点の間の距離に基づいて、前記選択された設計パラメータ値と特性値の組をクラスタに分類するクラスタリングステップと、
   前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組に基づいて、分析を行う分析ステップとをコンピュータに実行させ、
   前記応答曲面算出ステップは、前記クラスタ毎の設計パラメータ値と特性値の組を用いて、前記クラスタ毎の応答曲面の算出を行い、
   前記分析ステップは、算出された前記クラスタ毎の応答曲面を用いて、前記分析をコンピュータに実行させることを特徴とする設計支援プログラム。

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