JP5645625B2 - 情報処理装置及び情報処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＡＤモデルから数値解析用モデルを作成する技術に関する。

部品や製品の設計にＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）が広く利用されている。ＣＡＤで作成された三次元ＣＡＤモデル（以下、ＣＡＤモデルと略称する）の一つの活用例として有限要素法を使った解析が挙げられる。解析は、単部品に対し行われることもあれば、単部品を組み立てたユニットや製品に対して行われることもある。これら部品を組み立てる際、カシメ加工のように、形状を変形させることで部品同士を接合する処理を行う場合、設計された部品と組み立てられた部品とで、その形状が異なる。そのため、組み立てられたユニットや製品に対して解析を行う場合は、組み立てられた後の部品の部品モデルである、変形した部品モデルを作成しなければならない。

従来、組み立て後の部品モデルを作成する方法として、組み立て前後でモデルの形状が変わる部品種を判定し、組み立て後の部品モデルに置換する技術が知られている（特許文献１）。また、特許文献１には、予め用意された原形モデルを、ユーザによって入力された寸法値に基づき組み立て後の部品モデルへ置換する技術が記載されている。

特開平７−２００６４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術においては、予め用意された原形モデルに対して個々の寸法を入力する際、ユーザが任意の値を入力すると実際に生じ得ない形状に変形した部品モデルが作成されてしまう可能性がある。このような変形を回避するためには、変形前の部品モデルの体積や個々の寸法を基に、変形後の個々の寸法をユーザが事前に算出しておかなければならず、その結果、解析モデルの作成に多くの手間や時間を要してしまうという課題がある。

そこで、本発明の目的は、解析モデルを効率的に作成することを可能とすることである。

上記課題を解決するために、本発明に係る情報処理装置は、複数の部品モデルから接合対象の部品モデルを特定する特定手段と、前記特定した部品モデルについて、接合により形状が変更される領域の体積を該部品モデルの寸法情報を用いて取得する取得手段と、前記特定した部品モデルの接合により突出する領域の厚さと底面形状とを入力する入力手段と、前記取得した体積と前記厚さと前記底面形状とに基づき、変更後の形状を作成する作成手段と、前記領域を前記作成した形状へと変更する変更手段とを有する。

本発明によれば、解析モデルを効率的に作成することが可能となる。

本実施形態に係るコンピュータシステムにおける情報処理の機能構成を示すブロック図である。 接合する部品モデルの抽出方法を示す図である。 接合される部品モデルの抽出方法を示す図である。 形状を変更する領域の抽出方法を示す図である。 形状変更後の厚さの入力画面の一例を示す図である。 形状変更後の底面形状の選択画面の一例を示す図である。 体積変化率の入力画面の一例を示す図である。 形状変更後の部品モデルが作成される様子を示す図である。 形状変更前後の表示画面の一例を示す図である。 近接する面を抽出する閾値の入力画面の一例を示す図である。 境界条件の定義画面の一例を示す図である。 境界条件の定義画面の一例を示す図である。 本実施形態における解析モデル作成の処理を示すフローチャートである。 ステップＳ１０４の詳細な処理を示すフローチャートである。 ステップＳ１０７の詳細な処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るコンピュータシステムにおける情報処理の機能構成を示すブロック図である。各ブロックにより示される機能は、図示しないＣＰＵがＲＯＭなどのメモリに格納された各種プログラム（ＣＡＤソフトウェア）を実行することにより各ブロックを制御し、実現される。なお、各機能の全部又はその一部は、その機能を実現するハードウェア回路によって処理されても良い。図１において、対象部品特定部１０１は、複数の部品から構成される製品の各部品を表す部品モデルのうちから、接合対象の部品モデルを特定し、抽出する。さらに詳細には、接合対象の部品モデルには接合する部品と接合される部品とがある。

図２は、接合する部品モデルの抽出方法を示す図である。図２の（ａ）は、例えば部品名称のようにＣＡＤデータがもつ属性情報を用いて抽出する方法を示している。ここで、「部品名称」とは、検索などの便宜を考慮して部品モデルを識別する識別子である。例えば、以下のような規則で統一的に付与された名称であるため、リベット等を一括して変形することができる。部品モデル２０１のリベット部品の部品名称２０２は、“Ｒｉｖ＿Ｐｉｎ”である。ここで、部品名称のうち、最初の３文字は部品の種類、即ち、部品種を表している。部品種としては、リベット、ハトメ、バーリング、ダボ等がある。この部品名称を用いることにより、接合する部品モデルか否かの判定を容易に行うことができる。具体的には、部品名称に記述される部品種を用いて部品モデルを検索し、接合する部品モデルを抽出できる。

また、別の方法として、接合する部品モデルがもつ特徴的な形状を基に類似する形状を抽出する方法を用いてもよい。例えば、部品モデル２０１のリベット部品であれば、図２（ｂ）に示すように、特徴的な形状として面２０３のようなすり鉢状の穴を有する。この形状を基に、例えば特開２００６−２８５６２７号公報に記載の検出方法を用いて同様な形状を検出することにより、接合する部品モデルか否かの判定を容易に行うことができる。

更に、接合する部品モデルの抽出精度を高める方法として、抽出した部品モデルに対し、貫通する部品の有無を更に確認することで、抽出精度を高めるようにしてもよい。まず、上述した方法により抽出した部品モデルと接触する、または、非常に近い距離にある部品モデルを選択する。次に、選択した部品モデルにある開口部（円や小判形状）を埋める。次に、（接合する部品モデルとして抽出した部品モデル）−（穴を埋めた部分の部品モデル）のブーリアン演算を行う。この演算の結果、接合する部品モデルとして抽出した部品モデルが複数の部品モデルに分割可能であれば、貫通していると判断する。そして、貫通していると判断すれば、接合する部品であると判断する。ここで、図２（ｃ）は、抽出した部品モデルの中から他の部品モデルを貫通している状態の例を示しており、部品モデル２０１は部品モデル２０４を貫通している。この場合、部品モデル２０１は、接合する部品として抽出される。

次に、接合される部品モデルを抽出する方法について説明する。図３は、接合される部品モデルの抽出方法を示す図である。ここでは、既に抽出した接合する部品モデルが貫通している部品モデルを接合される部品モデルとして抽出する。貫通している部品モデルが複数ある場合は、変形する箇所の先端に最も近い部品モデルを抽出する。

図３（ａ）は、接合する部品モデルが貫通している部品モデルが、複数ある場合を示す図である。例えば、接合する部品モデル２０１が、部品モデル３０１，３０２を貫通している場合、接合する部品モデル２０１の変形する箇所の先端最も近くに位置する他の部品モデル３０１を、接合される部品モデルとして抽出する。

なお、接合される部品モデルの抽出方法として、図３（ｂ）に示すように、接合する部品モデル２０１が貫通している部品モデルと貫通箇所の近傍で接する面３０３を検出し、貫通されている部品モデルのうち、面３０３から最も離れた位置にある部品モデルを接合される部品モデルとして抽出してもよい。

変更領域抽出部１０２は、接合する部品モデルにおいて、形状を変更する領域を抽出する。図４は、形状を変更する領域の抽出方法を示す図である。形状を変更する領域は、接合する部品モデルがもつ特徴的な形状を含む領域である。例えば、接合する部品モデル２０１の軸方向において、面２０３を含む領域モデル４０１とそれ以外の領域モデル４０２を作成する。そして、形状を変更する領域として面２０３を含むほうの領域モデル４０１を抽出する。また、上述した、貫通する部品の有無を更に確認する方法を用いて、形状を変更する領域を抽出しても良い。

体積取得部１０３は、変更領域抽出部１０２で抽出した、形状を変更する領域の体積を、ＣＡＤデータを参照し寸法情報を用いて取得する。ここでは、図４の領域モデル４０１の体積を取得する。

厚さ入力部１０４は、接合する部品モデルが変形したとき、接合される部品モデルから突出する領域の厚さを入力する。図５は、その入力画面の一例を示す図である。厚さの入力画面５０１では、ユーザ指示により厚さが指示欄５０２に指示される。厚さの指示後、ユーザによりＯＫボタン５０３が操作されると指示内容が設定入力され、キャンセルボタン５０４が操作されると指示内容がキャンセルされる。本実施形態では、ユーザが任意にその厚さを指示する例を示したが、予めプログラムにその厚さを設定しておいてもよい。

底面形状選択部１０５は、接合する部品モデルが変形した後の底面の形状を選択する。ここで、底面とは、接合する部品モデルが変形したときに、接合される部品モデルから突出した領域において、接合される部品モデルと接する断面を指す。図６は、底面形状の選択画面の一例を示す図である。選択画面６０１では、すでに登録している底面形状６０２，６０３，６０４から、ユーザ指示により変形後の底面形状が選択される。なお、本実施例では、底面形状として３つの例を挙げているが、事前にユーザが任意の形状を登録しておけば、その形状も選択することができる。底面形状の選択後、ユーザによりＯＫボタン６０５が操作されると入力内容が設定され、キャンセルボタン６０６が操作されると入力内容がキャンセルされる。なお、本実施形態では、ユーザにより任意にその底面形状が選択される例を示したが、部品種に対応させて予めプログラムに所定の底面形状を設定しておいてもよい。

体積変化率入力部１０６は、接合する部品モデルが変形した後の体積の変化率を入力する。金属材料の塑性変形においては、体積が若干変化することがあるため、体積変化率入力部１０６は、その影響を部品モデルに反映するための入力手段である。図７は、体積変化率の入力画面の一例を示す図である。入力画面は、体積変化率入力部１０６の機能によって図示しないモニタに表示される画面である。入力画面７０１では、ユーザ指示により変化率が指示欄７０２に指示される。変化率の指示後、ユーザによりＯＫボタン７０３が操作されると指示内容が設定入力され、キャンセルボタン７０４が操作されると入力内容がキャンセルされる。なお、本実施形態では、ユーザにより任意にその体積変化率が指示される例を示したが、部品種に対応させて予めプログラムに所定の体積変化率を設定しておいてもよい。

変形体積算出部１０７は、体積測定部１０３で取得した体積と体積変化率入力部１０６で入力した体積変化率を掛け、変形後の体積を算出する。本実施例では、図４の領域モデル４０１の体積に、図７で入力した体積の変化率を掛け、変形後の体積を算出する。

形状変更部１０８は、厚さ入力部１０４で入力した厚さと底面形状選択部１０５で選択した底面の形状と変形体積算出部１０７で算出した変形後の体積に基づき、変形後の形状モデルを作成する。図８は、形状変形後の部品モデルが作成される様子を示す図である。まず、図８（ａ）に示すように、接合する部品モデルが貫通している、接合される部品モデル内部の領域モデル８０１を作成する。そして、ＣＡＤデータを参照し、領域モデル８０１の体積を算出し、変形体積算出部１０７で算出した体積との差分をとることにより、突出する領域の体積を算出する。

次に、図８（ｂ）に示すように、算出した突出する領域の体積と厚さ入力部１０４で入力した厚さとの商から底面の面積を算出する。この底面の面積から、底面選択部１０５で選択した底面の個々の寸法を算出する。それらの寸法と厚さ入力部１０４で入力した厚さを満たした突出する領域モデル８０２を作成する。

作成された領域モデル８０１，８０２を一つにまとめた形状モデル８０３を図８（ｃ）に示す。この形状モデル８０３を図４の領域モデル４０１と変更し、領域モデル４０２と一つにまとめた部品モデル８０４を図８（ｄ）に示す。

形状確認部１０９は、形状変更後の部品モデルをユーザが確認可能とする。図９は、形状変更前後の表示画面の一例を示す図である。表示画面９０１では、形状変更前の部品モデル９０２と形状変更後の部品モデル９０３を並べて表示する。例えば、変更前後の部品モデルを並べ、変更箇所をハイライト表示してもよいし、画面にフィットするように表示してもよい。また、その対象部品だけを表示してもよい。

近接面閾値入力部１１０は、境界条件を定義する面、すなわち接合する部品モデルの面と近接する他部品モデルの面を抽出するための面間距離の閾値を入力する。図１０は、近接する面を抽出する閾値の入力画面の一例を示す図である。入力画面１００１では、変形後の接合する部品モデルがもつ面と境界条件を定義する面を抽出するための面間距離閾値が指示欄１００２に指示される。面間距離閾値の指示後、ユーザによりＯＫボタン１００３が操作されると指示内容が設定入力され、キャンセルボタン１００４が操作されると入力内容がキャンセルされる。なお、本実施形態では、ユーザにより任意にその面間距離閾値が指示される例を示したが、予めプログラムに所定の面間距離閾値を設定しておいてもよい。

近接面特定部１１１は、近接面閾値入力部１１０で入力した面間距離閾値に基づき、変形後の接合する部品モデルの面と近接する多部品の面とが近接するか否かを判定し、近接すると判定した場合に近接する２つの面を特定する。

境界条件定義部１１２は、近接していると判断された変形後の接合する部品モデルと他の部品モデルの面間に境界条件を定義する。図１１は、境界条件の定義画面の一例を示す図である。定義画面１１０１では、ユーザ指示により境界条件の種類が指示欄１１０２〜１１０４に指示される。例えば、選択項目１１０２が選択するように指示された場合は、抽出した全ての面間に接触定義を行う。また、選択項目１１０３が選択するように指示された場合は、抽出した全ての面間に接着定義をする。選択項目１１０２または１１０３が選択された後、ユーザによりＯＫボタン１１０５が操作されると選択内容が設定入力され、キャンセルボタン１１０６が操作されると選択内容がキャンセルされる。また、選択項目１１０４が選択された後、ユーザによりＯＫボタン１１０５が操作されると、抽出した面ごとに、ユーザが定義する種類を設定可能となる。なお、本実施形態では、ユーザにより任意にその境界条件が指示される例を示したが、予めプログラムに所定の境界条件を設定しておいてもよい。図１２は、選択項目１１０４を選択した場合、ユーザが個別に指示を行う境界条件の定義画面の一例を示す図である。定義画面１２０１では、接合する部品列１２０２、接合される部品列１２０３、接合する部品と接合される部品間で近接する面として抽出されたそれぞれの面の列１２０４、１２０５、定義する境界条件列１２０６が一覧となっている。これら個々にユーザが任意の境界条件を定義指示することができる。定義する境界条件の種類がユーザにより選択された後、ＯＫボタン１２０７が操作されると選択内容が設定入力され、キャンセルボタン１２０８が操作されると選択内容がキャンセル入力される。

なお、上述した各画面は、各部の機能によって図示しないモニタに表示される。

シミュレーション部１１３は、境界条件定義部１１２で定義された境界条件に基づいて、シミュレーションを行う。シミュレーションは上記の如き作成された解析モデルのデータに対して行われる。シミュレーションには、解析、評価、最適化等が含まれ、解析のみが行われても、解析及び評価が行われても、解析と評価と最適化が行われてもよく、シミュレーション自体は周知のものでよく、例えばＦＥＭを用いればよい。

続いて、本実施形態に係るコンピュータシステムにおける情報処理の流れを図１３から図１５の図を参照しながら説明する。図１３から図１５は、本実施形態における解析モデル作成のための処理を示すフローチャートであり、図示しないＣＰＵにより制御、又は実行される。

先ず、コンピュータシステムは設計対象のＣＡＤデータを入力する（ステップＳ１０１）。ＣＡＤデータは、コンピュータシステムの図示しない入力手段、又はＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部から入力されても、通信回線を介して他のコンピュータシステムから入力されてもよい。また、コンピュータシステムの外部の記憶媒体（例えば、ディスク）から入力されてもよい。

ステップＳ１０１で入力されたＣＡＤデータから、対象部品抽出部１０１は、接合する部品モデルと接合される部品モデルとを抽出する（ステップＳ１０２）。

変更領域抽出部１０２は、ステップＳ１０２で抽出された、接合する部品モデルにおいて、形状を変更する領域を抽出する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３で抽出した領域を、変形後（接合後）の形状を有する部品モデルへ変更する（ステップＳ１０４）。ここで、ステップＳ１０４の処理を、図１４に示すフローチャートを参照しながら、具体的に説明する。ステップＳ２０１において、体積取得部１０３は、ステップＳ１０３で抽出した領域の体積を取得する。ステップＳ２０２において、厚さ入力部１０４は、接合する部品モデルが変形した後に、接合される部品モデルから突出する領域の厚さを入力する。ステップＳ２０３において、底面形状選択部１０５は、接合する部品モデルが変形した後の底面の形状を選択する。ステップＳ２０４において、体積変化率入力部１０６は、接合する部品モデルが変形した後の体積の変化率を入力する。ステップＳ２０５において、変形体積算出部１０７は、ステップＳ２０１で取得した体積とステップＳ２０４で入力した体積変化率とを掛け合わせ、変形後の体積を算出する。そして、最後にステップＳ２０６において、形状変更部１０８は、ステップＳ２０２で入力した厚さとステップＳ２０３で選択した底面の形状とステップＳ２０５で算出した体積とに基づき、変形後の形状モデルを作成する。

再び図１３のフローチャートの説明に戻ると、形状確認部１０９は、ステップＳ１０４で作成した変形後の部品モデルと変形前の部品モデルとを表示する（ステップＳ１０５）。

他にもステップＳ１０２で抽出された、接合する部品モデルがある場合、ステップＳ１０３に戻り、Ｓ１０５までの処理を繰り返す。接合する部品が無くなった場合、ステップＳ１０７に進む（ステップＳ１０６）。

以上説明した処理を行うことで、形状が変形し、接合する部品モデルを自動的に抽出し、変形する領域の体積等に係る情報に基づいて変形後の接合する部品モデルを作成するようにしている。従って、変形後の接合する部品モデルを効率的に作成することが可能となる。

更に、上記変形後の接合する部品モデルから、解析に適した解析モデルを作成することもできる。具体的には、変形後の接合する部品と他部品との間に境界条件を定義する（ステップＳ１０７）。ここで境界条件とは、部品の接触定義や接着定義等があり、解析において部品モデル間の力のやりとりを表現するためのものである。ステップＳ１０７の処理を、図１５に示すフローチャートを参照しながら具体的に説明する。図１５は、ステップＳ１０７の詳細な処理を示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、近接面閾値入力部１１０は、接合する部品モデルの面と近接する他部品モデルの面を抽出するための面間距離の閾値を入力する。ステップ３０２において、近接面抽出部１１１は、ステップＳ３０１で入力した面間距離閾値に基づき、ステップＳ１０４で作成した、変形後の接合する部品モデルの面と近接する多部品の面とが近接するか否かを判定する。そして、近接すると判定した場合に近接する２つの面を特定する。ステップＳ３０３において、境界条件定義部１１２は、ステップＳ３０２で近接していると判断された変形後の接合する部品モデルと他の部品モデルとの面間に境界条件を定義する。

以上により、境界条件の定義が終了する。なお、ステップＳ１０７の境界条件の定義は、接合する部品モデルの形状変更を行うステップＳ１０４の後に行ってもよいし、形状変更の確認を行うステップＳ１０５の後に行ってもよい。

上記実施形態においては、形状が変形し、接合する部品モデルを自動的に抽出し、変形する領域の体積等に係る情報に基づいて変形後の接合する部品モデルを作成し、更に解析に用いる境界条件を定義するようにしている。従って、変形後の接合する部品モデルの解析モデルを効率的に作成することが可能となる。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能（例えば、上記のフローチャートにより示される処理）を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、供給されたそのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (10)

1. 複数の部品モデルから接合対象の部品モデルを特定する特定手段と、
   前記特定した部品モデルについて、接合により形状が変更される領域の体積を該部品モデルの寸法情報を用いて取得する取得手段と、
   前記特定した部品モデルの接合により突出する領域の厚さと底面形状とを入力する入力手段と、
   前記取得した体積と前記厚さと前記底面形状とに基づき、変更後の形状を作成する作成手段と、
   前記領域を前記作成した形状へと変更する変更手段と
   を有することを特徴とする情報処理装置。
2. 前記変更手段は、
   接合により変化する体積の変化率を入力する体積変化率入力手段をさらに有し、
   前記作成手段は、前記取得手段で取得した体積と前記変化率との積を求め、前記変更後の形状を作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 更に、前記部品モデルの解析に用いる境界条件を定義する定義手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
4. 前記変更手段で変更された形状が有する面と他の部品モデルの面とが近接しているか否かを判断するための閾値を入力する閾値入力手段と、
   前記閾値を基に、前記変更手段で変更された形状が有する面と近接する他の部品モデルの面を抽出する近接面抽出手段と、
   を更に有し、
   前記定義手段は、前記近接面抽出手段により抽出された面に前記境界条件を定義することを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記特定手段は、前記複数の部品モデルが有する属性情報によって示される部品種を参照し、前記接合対象の部品モデルを特定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の情報処理装置。
6. 前記特定手段は、前記接合対象の部品モデルの特徴的な形状と類似する形状を検出し、前記接合対象の部品モデルを特定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の情報処理装置。
7. 前記入力手段は、前記特定手段により特定された接合対象の部品モデルの形状に基づき前記底面形状を入力することを特徴とする請求項６に記載の情報処理装置。
8. 前記変更手段により変更された部品モデルを表示する表示手段を更に有し、
   前記表示手段は、前記変更手段による変更前後の部品モデルをそれぞれ表示することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の情報処理装置。
9. 特定手段と、取得手段と、入力手段と、作成手段と、変更手段とを有する情報処理装置の情報処理方法であって、
   特定手段が、複数の部品モデルから接合対象の部品モデルを特定する特定工程と、
   取得手段が、前記特定した部品モデルについて、接合により形状が変更される領域の体積を取得する取得工程と、
   入力手段が、前記特定した部品モデルの接合により突出する領域の厚さと底面形状とを入力する入力工程と、
   作成手段が、前記取得した体積と前記厚さと前記底面形状とに基づき、変更後の形状を作成する作成工程と、
   変更手段が、前記領域を前記作成した形状へと変更する変更工程と
   を有することを特徴とする情報処理方法。
10. コンピュータを、請求項１乃至８の何れか１項に記載された情報処理装置の各手段として機能させることを特徴とするプログラム。

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