JP5741167B2 - 製品設計支援装置及び製品設計支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＡＤにより製品設計を支援する製品設計支援装置及び製品設計支援方法に関する。

従来、三次元による製品設計を効率的に行うためにＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）により製品設計を支援する製品設計支援装置が用いられている。例えば、車両ボデーの設計に利用される設計支援装置が知られている（特許文献１参照）。

また、新たに設計する製品が既存の生産ラインに適合するようにＣＡＤを利用して製品設計を行う技術がある。具体的には、複数の工程（設備及び治具）で構成される既存の生産ラインを用いて生産する製品を、新たに設計するには、各工程において、仕掛り品（生産途上の製品）と設備及び治具とが互いに干渉せず、且つ、設備及び治具がその本来の機能である仕掛り品を所定位置に保持し、その工程で必要な加工もしくは組付けをするのに必要十分な形状を有する製品とする必要がある。このような製品を設計するには、設備及び治具が製品の形状に与える制約（設備・治具等の存在により製品設計上許容されない部分）を予め認識することが必要である。そのため、従来から行われている方法としては、設計途上の製品の三次元モデルを、生産ラインの各工程における設備及び治具の三次元モデルの所定位置に配置して、干渉等の問題がないことを確認している。

特開２００３−２１６６６７号公報

しかしながら、生産ラインを構成する設備及び治具の数は膨大であり、製品設計中において製品形状が変わる度に各設備及び治具が製品の形状に与える制約を確認することは非常に手間がかかる。すなわち、生産ラインに存在する設備や治具の数は膨大であるため、生産ラインに適合するように製品設計を行うためには多大な時間を要してしまう。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、既存の生産設備及び治具に起因する制約を考慮した製品設計を、簡単且つ効率的に行うことを可能とする製品設計支援装置及び製品設計支援方法を提供することを目的とする。

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、
製品を生産する際に用いる複数の設備及び治具の三次元モデルのうち、各設備及び治具の三次元モデルにおいてそれぞれ選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状だけを複写して、一つの制約表現三次元モデルとして集約し、当該集約した三次元モデルの形状情報を利用して製品設計を行う製品設計支援装置である。

また、請求項２においては、
前記製品設計支援装置は、前記各設備及び治具の三次元モデルを作成するための設備・治具設計ＣＡＤと、前記各設備・治具の三次元モデルのうち、前記選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して一つの三次元モデルとして集約した制約表現三次元モデルを作成するための設備・治具制約表現ＣＡＤと、前記制約表現三次元モデルの形状情報を利用して、前記製品の三次元モデルを作成するための製品設計ＣＡＤとを備える請求項１に記載の製品設計支援装置である。

また、請求項３においては、
製品の生産ラインを構成する複数の設備及び治具の三次元モデルを作成する工程と、前記各設備・治具の三次元モデルのうち、各設備及び治具の三次元モデルにおいてそれぞれ選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して、一つの三次元モデルとして集約した制約表現三次元モデルを作成する工程と、前記制約表現三次元モデルの形状情報を利用して、前記製品の三次元モデルを作成する工程とを備える製品設計支援方法である。

本発明によれば、効率的な製品設計が可能になる。

本発明の一実施形態に係る製品設計支援装置の構成を示すブロック図。 制約表現の三次元モデルを説明するための説明図。 製品設計支援方法のフローを示す図。

次に、発明の実施の形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係る製品設計支援装置について図１を用いて説明する。
なお、本実施形態に係る製品設計支援装置は、製品の一例として自動車用エンジンのシリンダブロックの設計に適用可能である。

製品設計支援装置は、オペレータ（製品設計者）がＣＡＤを用いて、複数の設備及び治具により構成された生産ラインによって生産される製品の設計支援を行うものである。製品設計支援装置は、図１に示すように、複数の設備・治具設計ＣＡＤ１・１・・・と、当該設備・治具設計ＣＡＤ１・１・・・に接続される記憶装置であるメモリー２と、当該メモリー２に接続される設備・治具制約表現ＣＡＤ３と、同じくメモリー２に接続される製品設計ＣＡＤ４と、を備える。製品設計支援装置は、後述する製品設計支援方法を実行することが可能である。

設備・治具設計ＣＡＤ１は、設備及び治具の三次元モデルを作成するために用いる３ＤＣＡＤである。設備・治具設計ＣＡＤ１は、設備・治具の形状や設備・治具が所定の動作をした際の動作軌跡等を規定した電子的なデータである設備・治具の三次元モデル（３Ｄモデル）を記憶する記憶手段、所定の演算処理を行う演算手段、３ＤＣＡＤプログラムを格納するプログラム格納手段等を有するパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータである。当該コンピュータは、図示しない表示装置や入力装置等のマン・マシンインターフェイス等を具備する。当該表示装置は、前記コンピュータに接続される画像表示手段であり、設備・治具設計ＣＡＤ１による三次元モデルを表示可能である。また、設備・治具設計ＣＡＤ１は、前記プログラム格納手段に格納された所定の３ＤＣＡＤプログラムを実行して、設備・治具の三次元モデルを作成することが可能である。そして、複数の設備・治具設計ＣＡＤ１・１・・・により作成された各設備・治具の三次元モデルのデータは、メモリー２に送られて記憶されるようになっている。従って、このメモリー２が、複数の設備・治具設計ＣＡＤ１・１・・・により作成された各設備・治具の三次元モデルを記憶する設備・治具三次元モデル記憶手段として機能するようになっている。
以下に、設備・治具設計ＣＡＤ１により作成される設備・治具の三次元モデルについて具体的に説明する。

設備・治具の三次元モデルとは、設備及び治具のそれぞれについて三次元で表現される形状情報のことをいう。具体的には、設備・治具の三次元モデルとは、設備・治具設計ＣＡＤ１により三次元モデルとして作成される設備モデル及び治具モデルのことをいう。

設備モデルは、生産ラインにおいて、製品の仕掛り品を設備の所定の位置に配置し、当該製品の仕掛り品に対して、所定の加工を行うために用いる加工装置や部品の組付けを行うために用いる部品組付け装置等の生産設備を表した三次元モデルである。設備モデルは、例えば、３次元のソリッドモデルで表現される。

治具モデルは、前記生産設備の所定の位置に配置された製品の仕掛り品を固定保持するための固定治具、及び製品の仕掛り品に対して所定の加工を行うために用いる加工治具等を表した三次元モデルである。さらに、治具モデルは、例えば、固定治具により製品の仕掛り品を前記生産設備の所定の位置に固定保持するために、固定治具が所定の動作（治具の回動や所定方向の移動等）をした際に占有する空間となる固定治具動作軌跡、及び加工治具により製品の仕掛り品を加工するために、加工治具が所定の動作（治具の回動や所定方向の移動等）をした際に占有する空間となる加工治具動作軌跡等を含むものである。治具モデルは、例えば、３次元のソリッドモデルで表現される。

設備・治具制約表現ＣＡＤ３は、後述する制約表現の三次元モデルを作成する３ＤＣＡＤであり、設備・治具設計ＣＡＤ１の構成と同様に、コンピュータ、表示装置、入力装置（いずれも図示せず）等を備えて構成されている。表示装置は、例えば、フルカラー表示可能なＣＲＴディスプレイ等からなり、その表示画面に、製品や前述した設備・治具の三次元モデルの表示が可能である。また、設備・治具制約表現ＣＡＤ３は、前記メモリー２から前記各設備・治具の三次元モデルのデータを読み出すことができるようになっている。そして、設備・治具制約表現ＣＡＤ３により作成された制約表現の三次元モデル（以下、「制約表現三次元モデル」という）のデータは、メモリー２に送られて記憶されるようになっている。従って、このメモリー２が、設備・治具制約表現ＣＡＤ３に対しても記憶手段として機能するようになっている。
以下に、設備・治具制約表現ＣＡＤ３により作成される「制約表現三次元モデル」について図２を用いて具体的に説明する。

「制約表現三次元モデル」とは、各設備及び治具の形状情報である各設備・治具の三次元モデルのうち、オペレータによって選択された部位の形状情報だけをそれぞれ複写して一つの三次元モデルとして集約したものをいう。すなわち、「制約表現三次元モデル」とは、各設備及び治具の形状情報である各設備・治具の三次元モデルのうち、製品形状に干渉等の物理的な制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して一つの三次元モデルとして集約したものをいう。具体的には、「制約表現三次元モデル」とは、図２に示すように、設備・治具１、２、３・・・のそれぞれにおいて存在する設備・治具の制約を各設備・治具の三次元モデルとして表現し（図２においては、三次元モデルを正面視したもの）、各設備・治具の三次元モデルを一つに集約して、設備・治具１、２、３・・・のすべての設備・治具の制約を一つの三次元モデルで表現したものである。図２においては、斜線領域部分が設備・治具１、２、３・・・が有するすべての制約を回避することが可能な部分、すなわち、製品設計可能な範囲を示している。

さらに、設備・治具制約表現ＣＡＤ３は、前記メモリー２から当該メモリー２に記憶されている複数の設備・治具の三次元モデルを読み出し、それらを各部品（部位）の形状の任意の点を基準として設備・治具制約表現ＣＡＤ３の表示装置の画面に配置して表示させる表示制御手段と、前記基準となる点を指示する配置基準点入力手段と、前記設備・治具の三次元モデルの任意の部位を選択するための部位選択手段と、前記部位選択の部位を指示する部位選択入力手段と、前記選択部位を複写するデータ複写手段と、当該複写したデータを三次元モデル空間の任意の位置に配置するデータ配置手段と、前記複写した複数のデータを一つの「制約表現三次元モデル」として集約して統合するデータ統合手段と、を備える。設備・治具制約表現ＣＡＤ３は、当該設備・治具制約表現ＣＡＤ３のコンピュータが有するプログラム格納手段に格納された所定の３ＤＣＡＤプログラムを実行することで、設備・治具制約表現ＣＡＤ３が備える上記各手段の機能を発揮することが可能である。

製品設計ＣＡＤ４は、製品設計に用いる３ＤＣＡＤであり、製品の三次元モデルを作成するのに用いるものである。製品設計ＣＡＤ４は、製品の形状を規定した電子的なデータである製品の三次元モデル（３Ｄモデル）を記憶する記憶手段、所定の演算処理を行う演算手段、３ＤＣＡＤプログラムを格納するプログラム格納手段等を有するパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータである。当該コンピュータは、表示装置や入力装置等のマン・マシンインターフェイス等を具備する。製品設計ＣＡＤ４は、前記プログラム格納手段に格納された所定の３ＤＣＡＤプログラムを実行して、製品の三次元モデルを作成することが可能である。表示装置は、例えば、フルカラー表示可能なＣＲＴディスプレイ等からなり、その表示画面に、製品、設備・治具の各三次元モデル及び「制約表現三次元モデル」の表示が可能である。また、製品設計ＣＡＤ４は、前記メモリー２から前記「制約表現三次元モデル」のデータを読み出すことができるようになっている。従って、このメモリー２が、製品設計ＣＡＤ４に対しても記憶手段として機能するようになっている。

さらに、製品設計ＣＡＤ４は、前記メモリー２から当該メモリー２に記憶されている「制約表現三次元モデル」を読み出し、当該「制約表現三次元モデル」の形状の任意の点を基準として製品設計ＣＡＤ４の表示装置の画面に配置して表示させる表示制御手段と、前記基準となる点を指示する配置基準点入力手段と、前記表示装置の画面に表示された三次元モデルの任意の部位を選択するための部位選択手段と、前記部位選択の部位を指示する部位選択入力手段と、前記選択部位を複写するデータ複写手段と、当該複写したデータを三次元モデル空間の任意の位置に配置するデータ配置手段と、前述した設備・治具制約表現ＣＡＤ３が有するデータ統合手段により統合された三次元モデルである「制約表現三次元モデル」を所定の位置に配置して表示した画像に、設計途上の製品の三次元モデルを重ね合わせて表示する手段と、を備える。製品設計ＣＡＤ４は、当該設備・治具制約表現ＣＡＤ３のコンピュータが有するプログラム格納手段に格納された所定の３ＤＣＡＤプログラムを実行することで、製品設計ＣＡＤ４が備える上記各手段の機能を発揮することが可能である。

上記の如く、製品設計支援装置を構成することで、設備・治具制約表現ＣＡＤ３は、オペレータが「制約表現三次元モデル」を作成するにあたり、前記メモリー２から設備・治具の三次元モデルを読出し、当該設備・治具の三次元モデルのうち、製品形状に制約を与える部位としてオペレータが選択した設備・治具の三次元モデルを複写して、当該複写した設備・治具の三次元モデルを「制約表現三次元モデル」として集約し、当該「制約表現三次元モデル」をメモリー２に記憶することができる。

また、製品設計ＣＡＤ４は、オペレータ（製品設計者）が製品の設計の処理を行うにあたり、前記メモリー２から「制約表現三次元モデル」を読出し、オペレータが指示・入力した点を基準として、製品設計ＣＡＤ４の表示装置の画面上の所定の位置に配置して表示できる。オペレータは、製品設計ＣＡＤ４により、表示装置の画面に表示された「制約表現三次元モデル」の形状情報を利用して、設計途上の製品（仕掛り品）が設備及び治具と干渉せず、且つ、設備及び治具本来の機能として仕掛り品を保持し、当該仕掛り品をその工程で加工または部品組付けを実施するのに必要十分な形状を有するように製品の設計を行うことができる。

次に、図３を用いて、製品設計支援方法について説明する。

製品設計支援方法は、図３に示すように、モデル作成工程Ｓ１０、第１データ記憶工程Ｓ２０、第１データ読み出し工程Ｓ３０、複写集約工程Ｓ４０、第２データ記憶工程Ｓ５０、第２データ読み出し工程Ｓ６０、重ね合わせ工程Ｓ７０、設計工程Ｓ８０を有する。以下、各工程について説明する。

モデル作成工程Ｓ１０は、設備・治具設計ＣＡＤ１を用いて、製品の生産ラインを構成する設備及び治具の三次元モデルを作成する工程である。

第１データ記憶工程Ｓ２０は、前記モデル作成工程Ｓ１０で作成された、設備及び治具の三次元モデルのデータを設備・治具設計ＣＡＤ１から出力して記憶装置であるメモリー２に記憶する工程である。

第１データ読み出し工程Ｓ３０は、設備・治具制約表現ＣＡＤ３により、メモリー２から設備及び治具の三次元モデルのデータを読み出す工程である。

複写集約工程Ｓ４０は、設備・治具制約表現ＣＡＤ３により、前記各設備・治具の三次元モデルにおける各設備及び治具の形状情報のうち、オペレータによって選択された部位の形状情報だけを、より具体的には製品形状に制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して、一つの三次元モデルとして集約した「制約表現三次元モデル」を作成する工程である。

第２データ記憶工程Ｓ５０は、前記複写集約工程Ｓ４０にて一つの三次元モデルとして集約された「制約表現三次元モデル」を、設備・治具制約表現ＣＡＤ３から出力してメモリー２に記憶する工程である。

第２データ読み出し工程Ｓ６０は、製品設計ＣＡＤ４により、メモリー２から「制約表現三次元モデル」のデータを読み出す工程である。

重ね合わせ工程Ｓ７０は、製品設計ＣＡＤ４により、第２データ読み出し工程Ｓ６０にて読み出した「制約表現三次元モデル」とこれから設計する製品（設計途上の製品）とを、所定の位置で重ね合せて配置されるように、表示装置の画面に表示する工程である。

設計工程Ｓ８０は、製品設計ＣＡＤ４により、重ね合わせ工程Ｓ７０において表示装置の画面に表示された「制約表現三次元モデル」の形状情報を利用して、製品の設計を行い、前記製品の三次元モデルを作成する工程である。以上が製品設計支援装置を用いて実行される製品設計支援方法の一連のフローである。

このように、本実施形態の製品設計支援装置を用いて、製品を生産する際に用いる複数の設備及び治具の形状情報である設備・治具の三次元モデルのうち、オペレータによって選択される、前記製品の形状に制約を与える部位の形状情報である設備・治具の三次元モデルだけを複写して「制約表現三次元モデル」として集約し、当該集約した三次元モデルの形状情報を利用して製品設計を行うことで、製品設計の時間短縮が図れ、効率的な製品設計が可能になる。

以上により、本実施形態の製品設計支援装置によれば、既存の生産設備及び治具に起因する制約を考慮したエンジン製品の設計を、簡単且つ効率的に行うことができる。

１ 設備・治具設計ＣＡＤ
２ メモリー
３ 設備・治具制約表現ＣＡＤ
４ 製品設計ＣＡＤ

Claims (3)

1. 製品を生産する際に用いる複数の設備及び治具の三次元モデルのうち、各設備及び治具の三次元モデルにおいてそれぞれ選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状だけを複写して、一つの制約表現三次元モデルとして集約し、当該集約した三次元モデルの形状情報を利用して製品設計を行うことを特徴とする製品設計支援装置。
2. 前記製品設計支援装置は、
   前記各設備及び治具の三次元モデルを作成するための設備・治具設計ＣＡＤと、
   前記各設備・治具の三次元モデルのうち、前記選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して一つの三次元モデルとして集約した制約表現三次元モデルを作成するための設備・治具制約表現ＣＡＤと、
   前記制約表現三次元モデルの形状情報を利用して、前記製品の三次元モデルを作成するための製品設計ＣＡＤとを備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の製品設計支援装置。
3. 製品の生産ラインを構成する複数の設備及び治具の三次元モデルを作成する工程と、
   前記各設備・治具の三次元モデルのうち、各設備及び治具の三次元モデルにおいてそれぞれ選択された前記製品の形状に制約を与える部位の形状情報だけをそれぞれ複写して、一つの三次元モデルとして集約した制約表現三次元モデルを作成する工程と、
   前記制約表現三次元モデルの形状情報を利用して、前記製品の三次元モデルを作成する工程とを備える、
   ことを特徴とする製品設計支援方法。

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