JP5655637B2

JP5655637B2 - 設計支援装置および設計支援方法

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Publication number: JP5655637B2
Application number: JP2011045306A
Authority: JP
Inventors: 政博水谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012181751A

Description

本発明は、設計手段による設計作業を支援する設計支援装置および設計支援方法の技術に関する。

設計手段としてのＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）は、コンピュータを用いて設計をする手段として公知である。３次元ＣＡＤは、物体の形状を立体的に描画する設計手段として公知である。例えば自動車のエンジンの設計作業では、３次元ＣＡＤによって複雑な形状や曲線を視覚的にわかりやすく描画し、設計作業の効率化が図られている。

設計支援手段は、設計作業を支援する手段として公知である。例えば、自動車のエンジンの設計作業では、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの雛型（テンプレート）であって作業者が選択したものを３次元ＣＡＤ上に提供する設計支援手段が使用されている。特許文献１は、設計支援手段としての設計支援装置及び設計支援方法を開示している。

ところで、自動車のエンジンの設計では、製品形状の設計（製品設計）だけではなく、製品の生産準備のための設計が必要になる。生産準備のための設計とは、製品の粗形材を作るための金型等の設計（型設計）、あるいは、切削その他の機械加工工程の設計（加工工程設計）のことをいう。加工工程設計では、例えば加工穴の場合には、加工穴形状の情報だけではなく、加工穴の属性が必要となる。加工穴の属性とは、加工穴の寸法と、加工穴の種別と、を含む加工穴の特徴である。加工穴の寸法とは、加工穴の深さと、加工穴の径と、を含むものである。加工穴の種別とは、ネジ穴、ノック穴または油穴等の加工穴の性質（種類）である。

通常、設計支援装置は、加工穴形状の３次元ソリッドモデルの雛型と、その加工穴の属性と、を含めてテンプレートとして収納し、作業者が選択したものを３次元ＣＡＤに提供している。しかし、３次元ＣＡＤでは、３次元ソリッドモデルの製品形状と、加工穴形状の３次元ソリッドモデルの雛型と、その加工穴の属性と、を含めたテンプレートと、を共に操作すると、テンプレートのデータの容量が大きいため、処理速度が遅くなる。そのため、設計作業の作業性が低下する。

特開２００３−１７７８１１号公報

本発明の解決しようとする課題は、設計作業の作業性を向上できる設計支援装置および設計支援方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、設計手段による設計作業を支援する設計支援装置であって、加工穴形状の雛型である第１テンプレートを複数収納する第１ライブラリと、前記第１テンプレートにおける加工穴形状と同じ加工穴形状の雛形、および該加工穴の属性の雛型を含む第２テンプレートを複数収納する第２ライブラリと、前記第１ライブラリから前記第１テンプレートを提供し、あるいは、前記２ライブラリから前記第２テンプレートを提供する提供手段と、を具備し、前記設計手段は、設計対象物の形状モデルである製品モデルと、設計対象物の加工穴形状と該加工穴の属性とを含み、前記製品モデルと座標系が同一となるように配置される加工穴モデルとを具備し、前記提供手段は、前記設計手段によって、前記製品モデルを用いて、設計対象物の製品形状を設計するときには、該製品モデルに対して、第１テンプレートを提供し、前記設計手段によって、前記加工穴モデルを用いて、前記設計対象物の加工工程を設計するときには、該加工穴モデルに対して、前記第２テンプレートを、前記製品モデルの第１テンプレートに重ねるようにして提供するものである。

請求項２においては、設計手段による設計作業を支援する設計支援方法であって、前記設計手段は、設計対象物の形状モデルである製品モデルと、設計対象物の加工穴形状と該加工穴の属性とを含み、前記製品モデルと座標系が同一となるように配置される加工穴モデルとを具備し、前記設計手段によって、前記製品モデルを用いて、前記設計対象物の製品形状を設計するときには、該製品モデルに対して、加工穴形状の雛型である第１テンプレートを提供し、前記設計手段によって、前記加工モデルを用いて、前記設計対象物の加工工程を設計するときには、該加工穴モデルに対して、前記第１テンプレートにおける加工穴形状と同じ加工穴形状の雛形、および該加工穴の属性の雛型を含む第２テンプレートを、前記製品モデルの第１テンプレートに重ねるようにして提供するものである。

本発明の設計支援装置および設計支援方法によれば、設計作業の作業性を向上できる。

本発明の実施形態である設計支援装置の構成を示す模式図。第１テンプレートを示す模式図。第２テンプレートを示す模式図。製品モデルおよび加工穴モデルを示す模式図。同じく設計支援方法の流れを示すフロー図。

図１を用いて、設計支援装置１００について説明する。
設計支援装置１００の構成について説明する。
設計支援装置１００は、設計手段としてのＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）装置２００による設計作業を支援する装置である。設計支援装置１００は、ＣＡＤ装置２００に接続されている。設計支援装置１００は、第１ライブラリ１１０と、第２ライブラリ１２０と、提供手段としてのコントローラ１５０と、を具備している。第１ライブラリ１１０は、第１テンプレート１０を収納したデータ−ベースである。第１テンプレート１０について、詳しくは後述する。第２ライブラリ１２０は、第２テンプレート２０を収納したデータ−ベースである。第２テンプレート２０について、詳しくは後述する。

コントローラ１５０は、作業者によって選択された第１テンプレート１０を第１ライブラリ１１０からＣＡＤ装置２００に提供する機能、及び作業者によって選択された第２テンプレート２０を第２ライブラリ１２０からＣＡＤ装置２００に提供する機能を有している。

ＣＡＤ装置２００は、コンピュータ内部の仮想３次元座標空間上に、縦、横、奥行のある対象物の立体形状を描く３次元ＣＡＤ装置である。ＣＡＤ装置２００は、製品モデルファイル２０１と、加工穴モデルファイル２０２と、を具備している。製品モデルファイル２０１は、製品モデル２１０が収納されたファイルである。製品モデル２１０について、詳しくは後述する。加工穴モデルファイル２０２は、加工穴モデル２２０が収納されたファイルである。加工穴モデル２２０について、詳しくは後述する。

図２を用いて、第１ライブラリ１１０について説明する。
第１ライブラリ１１０は、複数の第１テンプレート１０をデータベースとして収納している。第１テンプレート１０とは、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの雛型である。本実施形態の第１テンプレート１０は、例えば、ネジ穴１１と、ノック穴１２と、油穴１３と、についての３次元ソリッドモデルの雛型を含むものとしている。例えば、ネジ穴１１については、穴深さ、あるいは、穴径の違いによって、複数のネジ穴１１−１・１１−２・１１−３・・・・が収納されているものとする（図示略）。ノック穴１２および油穴１３についても同様とする。

図３を用いて、第２ライブラリ１２０について説明する。
第２ライブラリ１２０は、複数の第２テンプレート２０をデータベースとして収納している。第２テンプレート２０は、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの雛型と、その加工穴の属性の雛型と、を含んでいる。加工穴属性とは、加工穴の寸法と、加工穴の種別と、を含む、対応する加工穴の特徴をデータ化したものである。加工穴の寸法とは、加工穴の深さと、加工穴の径と、を含むものである。

本実施形態の第２テンプレート２０は、例えば、ネジ穴２１と、ノック穴２２と、油穴２３と、についての３次元ソリッドモデルの雛型及び加工穴の属性を含むものとしている。例えば、ネジ穴２１については、穴深さ、あるいは、穴径の違いによって、複数のネジ穴２１−１・２１−２・２１−３・・・・が収納されているものとする（図示略）。ノック穴２２および油穴２３についても同様とする。

ネジ穴２１は、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルのネジ穴２１Ａと、ネジ穴の属性２１Ｂと、を含んでいる。ノック穴２２は、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルのノック穴と、ノック穴の属性２２Ｂと、を含んでいる。油穴２３は、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの油穴２３Ａと、油穴の属性２３Ｂと、を含んでいる。

ここで、第１テンプレート１０の加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルと、第２テンプレート２０の加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルと、は同一である。言い換えれば、第２テンプレート２０とは、第１テンプレート１０と、その加工穴の属性と、を含んだものである。例えば、第１テンプレート１０のネジ穴１１と、第２テンプレート２０のネジ穴２１Ａは、同一の加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルである。

図４を用いて、製品モデル２１０および加工穴モデル２２０について説明する。
製品モデル２１０は、ＣＡＤ装置２００で作成された設計対象物の３次元ソリッドモデルである。製品モデル２１０は、製品設計の段階において、製品形状の設計を行うときに用いられるモデルである。製品設計の段階とは、製品形状の設計をする工程をいう。製品モデル２１０は、鋳造や鍛造で製造された粗形材に対して機械加工を施すことで最終的な製品形状が形成されるという過程をなぞったものである。製品モデル２１０は、製品形状である３次元ソリッドモデルと、製品形状に適用される加工穴の３次元ソリッドモデルとの集合演算により表されている。なお、製品形状の３次元ソリッドモデルは実体（材料部分）を表すのに対し、加工穴の３次元ソリッドモデルは、機械加工により除去される部分の形状を表している。

本実施形態では、設計対象物として自動車のエンジンのシリンダブロック２１５としている。なお、図４では、説明を分かり易くするため、シリンダブロック２１５を直方体で表している。図４では、例えば、製品モデル２１０において、シリンダブロック２１５には、第１テンプレート１０として、２つのネジ穴１１と、２つのノック穴１２と、が表示されている。

加工穴モデル２２０は、ＣＡＤ装置２００で作成された設計対象物の加工穴の３次元ソリッドモデルと、その加工穴の属性と、を含むものである。加工穴モデル２２０は、加工工程設計の段階において、加工工程の設計を行うときに用いられるモデルである。加工工程の設計とは、機械加工の工程を設計する段階であって、本実施形態では穴加工の工程を設計する段階をいう。加工穴の属性は、加工穴の寸法と、加工穴の種別と、を含む加工穴の特徴をデータ化したものである。加工穴の寸法とは、加工穴の深さと、加工穴の径と、を含むものである。

加工穴モデル２２０と製品モデル２１０とは、座標系が同一となるように配置されている。図４では、例えば、加工穴モデル２２０において、第２テンプレート２０として、２つのネジ穴２１と、２つのノック穴２２と、が表示されている。

図５を用いて、設計支援方法Ｓ１００について説明する。
なお、図５では、作業者がＣＡＤ装置２００によって設計作業を実施するステップは括弧書きで示し、設計支援装置１００によって設計支援を実施するステップは枠囲いで示している。

設計支援方法Ｓ１００は、設計支援装置１００を用いた設計支援方法である。
ステップＳ１１０において、作業者は、ＣＡＤ装置２００において製品モデルファイル２０１を準備する。なお、この段階では、製品モデルファイル２０１は空である。ステップＳ１２０において、設計支援装置１００のコントローラ１５０は、作業者によって選択された第１テンプレート１０をＣＡＤ装置２００の製品モデルファイル２０１に提供する。

ステップＳ１３０において、作業者は、ＣＡＤ装置２００の製品モデルファイル２０１上で、コントローラ１５０によって提供された第１テンプレート１０を配置する。ステップＳ１４０において、作業者は、ＣＡＤ装置２００の製品モデルファイル２０１上で、第１テンプレート１０を用いながら製品モデル２１０を設計する。以上、ステップＳ１１０〜ステップＳ１４０までの段階が、製品設計の段階である。

ステップＳ１５０において、作業者は、ＣＡＤ装置２００において加工穴モデルファイル２０２を準備する。なお、この段階では、加工穴モデルファイル２０２は空である。ステップＳ１６０において、設計支援装置１００のコントローラ１５０は、第２テンプレート２０をＣＡＤ装置２００の加工穴モデルファイル２０２に提供する。

より具体的には、コントローラ１５０は、ステップＳ１３０において作業者によって配置された第１テンプレート１０に第２テンプレート２０を重ねるようにして、ＣＡＤ装置２００の加工穴モデルファイル２０２に第２テンプレート２０を提供する。言い換えれば、加工穴モデルファイル２０２では、製品モデル２１０の第１テンプレート１０に第２テンプレート２０を重ねることで、加工穴モデル２２０が作成される。

ステップＳ１７０において、作業者は、ＣＡＤ装置２００の加工穴モデルファイル２０２上で、加工穴モデル２２０を用いて、加工工程を設計する。以上、ステップＳ１５０〜ステップＳ１７０までの段階が、加工工程設計の段階である。

設計支援装置１００および設計支援方法Ｓ１００の効果について説明する。
本実施形態の設計支援装置１００および設計支援方法Ｓ１００によれば、設計作業の作業性を向上できる。

従来、設計支援装置１００は、製品設計の段階であっても、第２テンプレート２０をＣＡＤ装置２００に提供していた。しかし、３次元ＣＡＤでは、製品形状と、第２テンプレート２０と、を共に操作すると、第２テンプレート２０のデータの容量が大きいため、処理速度が遅くなり、設計作業の作業性が低下していた。また、製品設計段階では、加工穴の３次元ソリッドモデルは必要であるが、加工穴の属性までは必要ない。また、加工工程設計では、加工穴の３次元ソリッドモデルと、加工穴の属性と、は必要であるが、製品形状の３次元ソリッドモデルは必要ない。

設計支援装置１００および設計支援方法Ｓ１００では、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの雛型である第１テンプレート１０と、加工穴形状を表している３次元ソリッドモデルの雛型と、加工穴の属性と、を含む第２テンプレート２０と、を提供できる。そして、製品設計の段階では、ＣＡＤ装置２００に第１テンプレート１０を提供し、加工工程設計の段階では、ＣＡＤ装置２００に第２テンプレート２０を提供できる。つまり、製品設計の段階、ならびに、加工工程設計の段階において、必要な情報のみを提供することで、ＣＡＤ装置２００の処理速度の低下を防止している。そのため、設計作業の作業性を向上できる。

１０第１テンプレート
１１ネジ穴
１２ノック穴
１３油穴
２０第２テンプレート
２１ネジ穴
２２ノック穴
２３油穴
１００設計支援装置
１１０第１ライブラリ
１２０第２ライブラリ
１５０コントローラ（提供手段）
２００ＣＡＤ装置（設計手段）
２１０製品モデル
２２０加工穴モデル

Claims

設計手段による設計作業を支援する設計支援装置であって、
加工穴形状の雛型である第１テンプレートを複数収納する第１ライブラリと、
前記第１テンプレートにおける加工穴形状と同じ加工穴形状の雛形、および該加工穴の属性の雛型を含む第２テンプレートを複数収納する第２ライブラリと、
前記第１ライブラリから前記第１テンプレートを提供し、あるいは、前記２ライブラリから前記第２テンプレートを提供する提供手段と、
を具備し、
前記設計手段は、
設計対象物の形状モデルである製品モデルと、
設計対象物の加工穴形状と該加工穴の属性とを含み、前記製品モデルと座標系が同一となるように配置される加工穴モデルとを具備し、
前記提供手段は、
前記設計手段によって、前記製品モデルを用いて、設計対象物の製品形状を設計するときには、該製品モデルに対して、第１テンプレートを提供し、
前記設計手段によって、前記加工穴モデルを用いて、前記設計対象物の加工工程を設計するときには、該加工穴モデルに対して、前記第２テンプレートを、前記製品モデルの第１テンプレートに重ねるようにして提供する、
設計支援装置。
設計手段による設計作業を支援する設計支援方法であって、
前記設計手段は、
設計対象物の形状モデルである製品モデルと、
設計対象物の加工穴形状と該加工穴の属性とを含み、前記製品モデルと座標系が同一となるように配置される加工穴モデルとを具備し、
前記設計手段によって、前記製品モデルを用いて、前記設計対象物の製品形状を設計するときには、該製品モデルに対して、加工穴形状の雛型である第１テンプレートを提供し、
前記設計手段によって、前記加工モデルを用いて、前記設計対象物の加工工程を設計するときには、該加工穴モデルに対して、前記第１テンプレートにおける加工穴形状と同じ加工穴形状の雛形、および該加工穴の属性の雛型を含む第２テンプレートを、前記製品モデルの第１テンプレートに重ねるようにして提供する、
設計支援方法。