JP5345011B2 - 転がり軸受の設計装置および設計方法 - Google Patents
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Description
概略的には、図3に示すように、最適化ソフトウェア81と軸受技術計算手段82とを組み合わせたパーソナルコンピュータ等の演算装置80を用い、主要寸法や内部諸元を設計変数とし、寿命等を制約条件として、最適化問題の解として最適設定値を求めるものである。このとき、JIS規格や設計標準等をデータベース84に記憶させておき、参照しながら最適化設計することが多い。また、軸受技術計算手段82は計算結果分析手段83で分析される。
各個別演算手段1は、軸受技術計算手段3と、最適化手段4とを有する。軸受技術計算手段3は、転がり軸受の設計を行う各項目の量をそれぞれ示す設計変数の値、および前記転がり軸受の設計上で守るべき条件である制約条件が入力されてこれら設計変数の値および制約条件により定まる転がり軸受の設定項目の軸受性能を設定規則に従って計算する手段である。前記設計変数は、例えば、転がり軸受の主要寸法または内部諸元のうちのいずれかの値をそれぞれ示す変数である。設計変数は、複数であっても一つであっても良い。主要寸法や内部諸元のうち、固定値として設定する項目は、制約条件として設定しても良い。前記設定項目の軸受性能は、例えば負荷容量である。最適化手段4は、前記設計変数の初期値および前記制約条件が入力されることで、この制約条件を前記軸受技術計算手段3へ出力すると共に、前記各設計変数の値を、設定された最適化手法で種々変えて前記軸受技術計算手段3へ出力し、この軸受技術計算手段3で計算された軸受性能の計算結果を設定基準に対して判定する処理を繰り返すことで最適となる設計変数の値を定める手段である。この明細書で言う「最適化」とは、実際に最適であるか否かを問わず、前記最適化手法によって最適と定めることを言う。最適化手法は、より好ましい値を求める手法であれば良い。
前記統括手段2は、設計要求情報準備手段8と、スケジュール管理手段9とを有する。前記統括手段2は、結果集計手段10を有していても良い。設計要求情報準備手段8は、前記各個別演算手段1に計算させる設計変数の初期値と制約条件との組である計算ジョブを複数記憶する手段である。スケジュール管理手段9は、設計要求情報準備手段8に記憶された各計算ジョブを、設定ジョブ投入規則に従い前記各個別演算手段1へ割り振って投入する手段である。結果集計手段10は、各個別演算手段1の計算結果を集計する手段である。
設計変数とする転がり軸受の主要寸法または内部諸元等の値のうちのいずれかは、固定値として設計したい場合がある。また、場合によって、どの寸法等を固定値とするかの要求が異なる。そのため、転がり軸受の主要寸法,内部諸元の各項目は、いずれも変数としておき、場合に応じてその変数を固定値として取扱可能としておくことが、個別演算手段1の演算プログラム等の簡素化の点で望ましい。なお、主要寸法や内部諸元の各項目によっては、設計目的等に応じて、上記のようなオンオフ可能な変数としても良く、また前記制約条件として定めるようにして良い。
一般化手段12による正規化は、例えば、軸受主要寸法で正規化した内部諸元と荷重条件との組み合わせからなるものを求める処理であり、ニューラルネット等の学習アルゴリズムにより構成され、類似案件に対して荷重条件を入力すると推奨値が得られるものとする。ノウハウデータベース13は、順次拡張されて、設計データの蓄積と適応を行う。
制約条件の項目としては、軸受の剛性、寿命、摩擦トルク、面圧、予圧、はみ出し量、コスト、熱処理と材料の組み合わせ、環境負荷物資含有率、転動体サイズと配置寸法との組み合わせ等がある。このような制約条件の複数の組み合わせを、制約条件基本セットとして複数または一つ準備しておくことで、設計要求情報準備手段8への制約条件の設定が容易となる。
前記各個別演算手段1は、軸受技術計算手段3および最適化手段4を有していて、前記軸受技術計算手段3により、転がり軸受の設計を行う各項目の量をそれぞれ示す設計変数の値、および前記転がり軸受の設計上で守るべき条件である制約条件が入力されてこれら設計変数の値および制約条件により定まる転がり軸受の設定項目の軸受性能を設定規則に従って計算し、前記最適化手段4により、前記設計変数の初期値および前記制約条件が入力されることで、この制約条件を前記軸受技術計算手段3へ出力すると共に、前記各設計変数の値を、設定された最適化手法で種々変えて前記軸受技術計算手段3へ出力し、この軸受技術計算手段3で計算された軸受性能の計算結果を設定基準に対して判定する処理を繰り返すことで最適となる設計変数の値を定め、
前記統括手段2は、設計要求情報準備手段8、およびスケジュール管理手段9を有していて、前記設計要求情報準備手段8により、前記各個別演算手段1に計算させる設計変数の初期値と制約条件との組である計算ジョブを複数記憶し、前記スケジュール管理手段9により、前記設計要求情報準備手段8に記憶された各計算ジョブを、設定ジョブ投入規則に従い前記各個別演算手段1へ割り振って投入する。前記設計要求情報準備手段8は、設計変数オンオフ手段11を有し、この設計変数オンオフ手段11により、各計算ジョブ毎に、複数の設計変数の少なくとも一つを、前記個別演算手段1で変数値を変えさせる設計変数と変数値を変えずに固定値として扱わせる設計変数とのいずれか一方に切替える。
この設計方法によると、転がり軸受の主要寸法や内部諸元の設計において、種々異なる制約条件での設計や、設計変数の種々異なる初期値での最適化計算につき、複数の演算手段で同時並行的に行う場合に、ジョブ管理が一元化されて効率良く行え、かつ設計の計算結果が継続的に蓄積できる。
最適化手法は、必ずしも実際に最適となる結果を得るものでなくても良く、設計変数を許容範囲で種々異ならせて計算することで、その計算された中で最も良い結果を得ることができる手法であれば良い。その最も良い結果を効率良く得るにつき、あるいは最も実際の最適値に近い値を得るにつき、種々のアルゴリズムが提案されている。最適化の手法のアルゴリズムとしては、数理的手法,応答曲線法などの近似的手法、実験計画法,遺伝的アルゴリズム(GA)、シミュレーテッドアニーリング(SA)などの探索的手法、その他の任意の手法で良い。
設計要求情報準備手段8には、設計変数オンオフ手段11が設けられていて、この設計変数オンオフ手段11により各計算ジョブにおける設計変数を変数として扱うか固定値とするかの上記のON/OFFの切替えを行う。設計要求情報準備手段8は、入力出力装置18からのオペレータによる入力によって上記ON/OFFの切替えを行うものであっても、また適宜の設定規則により、上記ON/OFFの切替えを自動で行うものとしても良い。
個々の個別演算手段1は、投入された計算ジョブに対して、最適化手段4と技術計算手段3とで、最適化された各設計変数の値の値を定め、その値と軸受性能とを計算結果として計算結果/履歴管理手段5に記憶する。
また、各構成により、次のような利点が得られる。
2…統括手段
3…軸受技術演算手段
4…最適化手段
8…設計要求情報準備手段
9…スケジュール管理手段
10…結果集計手段
11…設計変数オンオフ手段
12…一般化手段
13…ノウハウデータベース
14…推奨値計算手段
15…制約条件基本セット記憶手段
16…最適値周辺分析手段
Claims (8)
- 複数の個別演算手段と、これら複数の個別演算手段を統括する統括手段とを備え、
前記各個別演算手段は、
転がり軸受の設計を行う各項目の量をそれぞれ示す設計変数の値、および前記転がり軸受の設計上で守るべき条件である制約条件が入力されてこれら設計変数の値および制約条件により定まる転がり軸受の設定項目の軸受性能を設定規則に従って計算する軸受技術計算手段と、
前記設計変数の初期値および前記制約条件が入力されることで、この制約条件を前記軸受技術計算手段へ出力すると共に、前記各設計変数の値を、設定された最適化手法で種々変えて前記軸受技術計算手段へ出力し、この軸受技術計算手段で計算された軸受性能の計算結果を設定基準に対して判定する処理を繰り返すことで最適となる設計変数の値を定める最適化手段とを有し、
前記統括手段は、
前記各個別演算手段に計算させる設計変数の初期値と制約条件との組である計算ジョブを複数記憶する設計要求情報準備手段と、
この設計要求情報準備手段に記憶された各計算ジョブを、設定ジョブ投入規則に従い前記各個別演算手段へ割り振って投入するスケジュール管理手段とを有し、
前記統括手段の前記設計要求情報準備手段は、各計算ジョブ毎に、複数の設計変数の少なくとも一つを、前記個別演算手段で変数値を変えさせる設計変数と変数値を変えずに固定値として扱わせる設計変数とのいずれか一方に切替える設計変数オンオフ手段を有する ことを特徴とする転がり軸受の設計装置。 - 請求項1において、前記設計変数は、転がり軸受の主要寸法または内部諸元のうちのいずれかの値をそれぞれ示す変数である転がり軸受の設計装置。
- 請求項1または請求項2において、前記統括手段は、前記各個別演算手段の計算結果を集計する結果集計手段を有する転がり軸受の設計装置。
- 請求項3において、前記統括手段の前記結果集計手段は、前記各個別演算手段の最適化された計算結果および最適化の履歴を収集し、これら複数の個別演算手段の計算結果の集計を行う転がり軸受の設計装置。
- 請求項3または請求項4において、前記結果集計手段の集計内容を設定規則により正規化する一般化手段と、この一般化手段で正規化された集計内容を記憶するノウハウデータベースと、荷重条件が入力されると前記ノウハウデータベースと照合して前記設計変数の初期値とする推奨値を計算する推奨値計算手段を設けた転がり軸受の設計装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記統括手段は、複数の項目の制約条件を組み合わせた情報である制約条件基本セットを複数記憶した制約条件基本セット記憶手段を有し、前記設計要求情報準備手段は、前記制約条件基本セット記憶手段に記憶された各制約条件基本セットを、各計算ジョブにおける制約条件とする転がり軸受の設計装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記統括手段は、前記各個別演算手段の計算結果を集計する結果集計手段有し、前記統括手段は、前記結果集計手段で集計した最適化結果に対して、設計変数を最適値周辺の値とした場合の軸受性能の計算を行って分析する最適値周辺分析手段を設けた転がり軸受の設計装置。
- 複数の個別演算手段と、これら複数の個別演算手段を統括する統括手段とを用い、
前記各個別演算手段は、軸受技術計算手段および最適化手段を有していて、前記軸受技術計算手段により、転がり軸受の設計を行う各項目の量をそれぞれ示す設計変数の値、および前記転がり軸受の設計上で守るべき条件である制約条件が入力されてこれら設計変数の値および制約条件により定まる転がり軸受の設定項目の軸受性能を設定規則に従って計算し、前記最適化手段により、前記設計変数の初期値および前記制約条件が入力されることで、この制約条件を前記軸受技術計算手段へ出力すると共に、前記各設計変数の値を、設定された最適化手法で種々変えて前記軸受技術計算手段へ出力し、この軸受技術計算手段で計算された軸受性能の計算結果を設定基準に対して判定する処理を繰り返すことで最適となる設計変数の値を定め、
前記統括手段は、設計要求情報準備手段、およびスケジュール管理手段を有していて、前記設計要求情報準備手段により、前記各個別演算手段に計算させる設計変数の初期値と制約条件との組である計算ジョブを複数記憶し、前記スケジュール管理手段により、前記設計要求情報準備手段に記憶された各計算ジョブを、設定ジョブ投入規則に従い前記各個別演算手段へ割り振って投入し、
前記設計要求情報準備手段は、設計変数オンオフ手段を有し、この設計変数オンオフ手段により、各計算ジョブ毎に、複数の設計変数の少なくとも一つを、前記個別演算手段で変数値を変えさせる設計変数と変数値を変えずに固定値として扱わせる設計変数とのいずれか一方に切替える、
ことを特徴とする転がり軸受の設計方法。
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JP2009169803A JP5345011B2 (ja) | 2009-07-21 | 2009-07-21 | 転がり軸受の設計装置および設計方法 |
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