JP7308606B2 - 頻繁に使用するパーツ用の自動アセンブリメイト作成 - Google Patents

頻繁に使用するパーツ用の自動アセンブリメイト作成 Download PDF

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Description

コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアは、ユーザが複雑な3次元(3D)モデルを構築し操作することを可能にする。3Dモデルを作成するには、さまざまなモデリング手法を使用されることができる。そのような技術の1つはソリッドモデリング技術であり、それは3Dモデルが相互接続された位相的エンティティ(例えば、頂点、エッジおよび面)の集合である位相的3Dモデルを提供する。位相的実体は、対応する支持する幾何学的実体(例えば、点、トリム曲線、およびトリムサーフェス)を有する。トリムサーフェスは、エッジで囲まれた位相面に対応している。CADシステムは、ソリッドモデリングと、パラメトリックモデリング技術などの他のモデリング技術とを組み合わせてもよい。パラメトリックモデリング技術を使用して、モデルの異なるフィーチャおよびコンポーネントに対するさまざまなパラメータを定義し、さまざまなパラメータ間の関係に基づいてそれらのフィーチャおよびコンポーネント間の関係を定義することができる。
設計技術者は、3DCADシステムの典型的な使用者である。設計エンジニアは、3Dモデルの物理的および美観的態様を設計し、3Dモデリング技術に精通している。設計エンジニアはパーツを作成し、そのパーツをサブアセンブリに組み立て得る。サブアセンブリは他のサブアセンブリから構成され得る。アセンブリはパーツとサブアセンブリを使用して設計される。パーツおよびサブアセンブリは、以後パーツと総称される。
以下は、3DCADシステムを説明する際に使用することができる特定の用語の定義である。
・アセンブリ:パーツ、フィーチャ、およびその他のアセンブリ(サブアセンブリ)が一緒に合致されているドキュメント。パーツとサブアセンブリは、アセンブリとは別のドキュメントに存在することができる。例えば、組立体において、ピストンは、コネクティングロッドまたはシリンダのような他のパーツに合致されることができる。このアセンブリは、エンジンのアセンブリのサブアセンブリとして使用されることが可能である。
・ボディ:ソリッドボディは位相的データと幾何学的データとを含む。ソリッドボディ内の位相データ(例えば、面、エッジ、頂点)は、同じソリッドボディ内に対応する幾何学的データを有する。各頂点は点に対応する。各辺は曲線に対応する。各面はサーフェスに対応する。ホイール用の例示的な多体パーツは、車軸本体、リム本体、および車軸本体とリム本体とを接続するための多数のスポーク本体を含むことができる。
・コンポーネント:アセンブリ内のパーツまたはサブアセンブリ。
・エッジ:フィーチャの単一の外側境界。
・エンティティ:面、エッジ、頂点などの個別の要素。
・面:モデルまたはサーフェスの形状を定義するのに役立つ境界を有する、モデルまたはサーフェスの選択可能な領域(プレーンまたはその他)。例えば、直方体には6つの面があり、円柱には3つの面がある。
・フィーチャ:他のフィーチャと組み合わされてパーツまたはアセンブリを構成する個々の形状。
・大規模デザインレビュー:アセンブリのデザインレビューを行う際に有用な機能を依然として保持しながら、非常に大きなアセンブリを迅速に開くことを可能にするアセンブリレビューのモード。大規模デザインレビューモードでは、アセンブリのデザインツリー内の移動、距離の測定、断面の作成、コンポーネントの表示と非表示、およびウォークスルーの作成、編集、再生に使用できる。大規模デザインレビューモードは「グラフィックモード」とも呼ばれることがある。
・軽量:アセンブリ内の一部で、モデルデータのサブセットのみがメモリにロードされている。残りのモデルデータは必要に応じてロードされる。軽量で、大規模で複雑なアセンブリのパフォーマンスが向上する。
・メイト:アセンブリ内のエンティティ(例えばパーツまたは本体)間の幾何学的関係。例示的なイトには、角度、一致、同心、距離、平行、垂直、および接線が含まれる。
・パーツ:フィーチャからなる単一の3Dオブジェクト。パーツには複数の本体を含めることができる。パーツはアセンブリ内のコンポーネントになることができる。パーツの例には、例えば、ボルト、ピン、およびプレートが含まれる。
・プレーン:平坦な構造形状。
・点:3Dモデル内の特異な位置。
・解除:アセンブリコンポーネントがメモリに完全にロードされている状態。解除されると、コンポーネントのモデルデータのすべてが使用可能になるので、そのエンティティは選択、参照、編集、およびメイトで使用されることが可能である。
・サブアセンブリ:より大きなアセンブリの一部であるアセンブリ。例えば、自動車のステアリング機構は自動車のサブアセンブリである。
・サーフェス:エッジ境界を有する厚さゼロのプレーンまたは3Dエンティティ。
・頂点:2つ以上の辺が交差する点。頂点は、スケッチ、寸法記入、および他の多くのCAD操作について選択されることが可能である。
ソリッドモデリングシステムは、パーツが、様々なフィーチャを使用して構築されるフィーチャベースの3次元CADシステムであり得る。フィーチャの例には、ボス、フィレット、フィレット、カット、穴、シェル、ロフト、およびスイープが含まれる。CADシステムは、パーツ、サブアセンブリ、アセンブリの内容をデータファイルに保存する。フィーチャに加え、CADデータファイルの内容は、設計プロファイル、レイアウト、内部コンポーネント(例えば、本体)、およびグラフィカルエンティティを含み得る。CADアセンブリを設計するときの一般的なタスクは、幾何学的関係に従ってCADアセンブリのエンティティを合致させることである。例えば、穴とピンは、それらの軸に沿って一致する関係で合致され得る。多数のメイトを含むアセンブリでは、メイトを構成するのに多くの時間を費やす必要がある。
開示された方法およびシステムは、頻繁に使用されるCADコンポーネントを識別し、機械学習技法を適用してそれらのコンポーネントについて合致可能なエンティティおよび対応するメイトタイプを予測する。これらの判定に基づいて、頻繁に使用されるコンポーネントはCADモデルに自動的に追加されることができる。
一例示的な実施形態は、実世界のオブジェクトのコンピュータ支援設計(CAD)モデルにおける幾何学的エンティティ間のメイトを自動的に作成するコンピュータ実装方法である。本例示的な方法は、コンピュータデータベースに格納されたCADモデルパーツに関する情報および関連するメイト情報にアクセスするステップを含む。本方法はさらに、CADモデルパーツを複数のクラスタに分割するステップであり、各クラスタは類似のグローバル形状シグネチャを有するCADモデルパーツを含む、ステップを含む。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、クラスタのCADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングされる。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成される。メイトタイププレディクタニューラルネットワークは、2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにトレーニングされる。本方法はさらに、CADモデルに新しいパーツが追加されることに応じて、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキストシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定するステップと、メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)前記新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)CADモデルの別のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力してエンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するステップとを含む。CADモデルの新しいパーツの合致可能なエンティティと他のパーツのエンティティとの間の少なくとも1つのメイトが、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて自動的に追加される。
別の例示的な実施形態は、実世界のオブジェクトのコンピュータ支援設計(CAD)モデルおよび新しいパーツの幾何学的エンティティ間のメイトを自動的に作成するコンピュータ実装方法である。本例示的な方法は、CADモデルパーツに対するメイト可能性情報を用いてトレーニングされた合致可能性プレディクタニューラルネットワークにアクセスするステップと、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキストシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定するステップとを含む。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応じて、メイト可能性情報を提供するように構成される。本方法はさらに、トレーニングされたメイトタイププレディクタニューラルネットワークにアクセスして2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するステップと、メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)CADモデルの別のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力してエンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するステップとを含む。に少なくとも1つのメイトが、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、CADモデルの新しいパーツの合致可能なエンティティと他のパーツのエンティティとの間自動的に追加される。
別の例示的な実施形態は、コンピュータデータベースと、コンピュータデータベースに動作可能に結合されるプロセッサとを備えるコンピュータ支援設計(CAD)システムである。コンピュータデータベースは、CADモデルパーツに関する情報および関連するメイト情報を格納するように構成される。プロセッサは、CADモデルパーツを複数のクラスタに分割し、各クラスタは類似のグローバル形状シグネチャを有するCADモデルパーツを含むように構成される。プロセッサはさらに、合致可能性プレディクタニューラルネットワークをクラスタのCADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングするように構成される。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成される。プロセッサはさらに、2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにメイトタイププレディクタニューラルネットワークをトレーニングするように構成される。プロセッサはさらに、CADモデルに新しいパーツが追加されることに応じて、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキストシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定し、メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)CADモデルの別のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力してエンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するように構成される。プロセッサはさらに、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、CADモデルの新しいパーツの合致可能なエンティティと他のパーツのエンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するように構成される。
別の例示的な実施形態は、コンピュータデータベースと、コンピュータデータベースに動作可能に結合されるプロセッサとを備えるコンピュータ支援設計(CAD)システムである。コンピュータデータベースは、CADモデルパーツに関する情報および関連するメイト情報を格納するように構成される。プロセッサは、CADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングされた合致可能性プレディクタニューラルネットワークにアクセスし、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキストシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定するように構成される。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応じて、合致可能性情報を提供するように構成される。プロセッサはさらに、トレーニングされたメイトタイププレディクタニューラルネットワークにアクセスして2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別し、メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)CADモデルの別のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力してエンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するように構成される。プロセッサはさらに、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、CADモデルの新しいパーツの合致可能なエンティティと他のパーツのエンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するように構成される。
いくつかの実施形態において、パーツのエンティティに対するコンテキスチュアルシグネチャは、そのパーツ内のエンティティのコンテキスチュアル位置の数値表現であり得る。このようなコンテキスチュアルシグネチャは、エンティティの重心とパーツの周囲の境界ボックスのプレーンとの間の比率を計算することによって計算され得る。
いくつかの実施形態において、CADモデルパーツを複数のクラスタに分割するステップは、コンピュータデータベース内の複数のパーツのそれぞれについて、パーツのグローバル形状シグネチャを計算するステップと、パーツのグローバル形状シグネチャが閾値量内にある場合、複数のパーツをクラスタリングするステップとを含むことができる。
いくつかの実施形態において、合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、他のクラスタと比較して相対的に高い密度を有するクラスタのCADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングされることができる。クラスタの相対的に高い密度は、クラスタのパーツがCADモデルで頻繁に使用されることを示すことができる。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツの全てのエンティティについての合致可能性情報を用いてトレーニングされることができる。それぞれ異なるメイトタイプに対応する、複数の合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、トレーニングされることができる。いくつかの実施形態において、メイトタイププレディクタニューラルネットワークは、(i)頻繁に使用されるパーツを含むクラスタの合致可能なエンティティ、および(ii)頻繁に使用されるパーツが合致するパーツのすべてのエンティティを使用してトレーニングされることができる。
いくつかの実施形態において、少なくとも1つのメイトを自動的に追加するステップは、(i)CADモデルの他のパーツと合致可能な新しいパーツの多数のインスタンスを判定するステップと、(ii)新しいパーツの多数のインスタンス数を作成するステップと、(iii)新しいパーツのすべてのインスタンスのエンティティをCADモデルの他のパーツの異なるエンティティに合致させるステップとを含むことができる。
前述の内容は、添付の図面に示されるように、例示的な実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなり、図面において、同様の参照符号は、異なる図にわたって同じ部分を指す。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに実施形態を例示することに重点が置かれている。
図1Aは、例示的なCADアセンブリおよびパーツを示す。 図1Bは、例示的なCADアセンブリおよびパーツを示す。 図2Aは、例示的なCADパーツの面を示す。 図2Bは、例示的なCADパーツの面を示す。 図3は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティ間のメイトの自動生成を示すフローチャートである。 図4は、例示的な実施形態による、合致可能性プレディクタに対する関連する入力および出力を有する例示的なニューラルネットワークの表現を示す。 図5は、例示的な実施形態による、メイトタイププレディクタに対する関連する入力および出力を有する例示的なニューラルネットワークの表現を示す。 図6Aは、パーツに対する面のコンテキスチュアル位置の例示的な数値表現を示す。 図6Bは、パーツに対する面のコンテキスチュアル位置の例示的な数値表現を示す。 図7Aは、例示的実施形態による、頻繁に使用されるパーツをCADアセンブリに追加する例示的ステップの表現を示す。 図7Bは、例示的実施形態による、頻繁に使用されるパーツをCADアセンブリに追加する例示的ステップの表現を示す。 図7Cは、例示的実施形態による、頻繁に使用されるパーツをCADアセンブリに追加する例示的ステップの表現を示す。 図8は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティ間のメイトを自動的に作成する方法を示すフローチャートである。 図9は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティと新しいパーツとの間のメイトを自動的に作成する方法を示すフローチャートである。 図10は、実施形態が実施され得るコンピュータシステムの概略図である。
例示的な実施形態の説明は以下の通りである。
開示された方法およびシステムは、以前に使用されたCADモデルコンポーネントに関するデータに機械学習技術を適用して、頻繁に使用されるコンポーネントを識別し、それらコンポーネントの合致可能なエンティティおよび対応するメイトタイプを予測する。これらの判定に基づいて、頻繁に使用されるコンポーネントをCADモデルに自動的に追加することができる。例えば、椅子の製造業者は、例えばキャスターホイールなどの特定のコンポーネントを頻繁に使用することがある。頻繁に使用されるコンポーネント、またはその変形例は、アセンブリにおける合致挙動、シミュレーションにおける荷重および境界条件など、形状および機能において類似性を示すことがある。これらの類似性は、現在の最先端のCAD解決策によって活用されない。開示された方法およびシステムは、頻繁に使用されるコンポーネント間の合致挙動の類似性を活用し、それらのコンポーネントを自動的に合致させる(例えば、ユーザがキャスターホイールをキャスターホイールに「ドラッグアンドドロップ」する際にキャスターホイールをアセンブリ環境で椅子の脚に自動的に合致させる)。図1Aは、様々なキャスターホイールを使用した椅子の変形例の例示的なCADアセンブリを示す。椅子105および120は、異なる背もたれコンポーネント110、125を含むが、類似の脚部およびキャスターホイールコンポーネント115、130も含む。図1Bは、異なるキャスターホイールパーツの集合を示す。
頻繁に使用されるコンポーネントは、CADアセンブリ、シミュレーション、動作などにおいて同様の機能的挙動を示すので、機械学習アルゴリズムを使用して、これらの類似点を利用して頻繁に使用されるコンポーネント(例えば、キャスターホイール)に対して自動的にメイトを作成することができる。これにより、設計者は、繰り返しの煩わしさに時間と労力を浪費するのではなく、より良い椅子を設計するという自身の目標に集中する時間を増やせる。
CADモデルは、メイトを使用して一緒に組み立てられる。幾何学的に類似のコンポーネントの場合、メイトも類似する傾向がある。この事実は、コンポーネントのジオメトリ記述子と一緒に機械学習アルゴリズムを使用して、頻繁に使用されるコンポーネントと他のCADアセンブリとのメイト作成を自動化することで活用できる。以下は、キャスターホイールを椅子に自動的に合致する特定の例である。キャスターホイールは、典型的には、2つの合致拘束条件を用いて椅子の脚に合致される:(1)キャスターホイールのシャフトの上面と椅子の脚の対応する面との間の一致拘束条件。キャスターホイール205の上面210は、図2Aにおいて強調されている。(2)キャスターホイールのシャフトの円筒面と脚の穴の円筒面との間の同心円状の拘束条件。キャスターホイール205のシャフトの円筒面215は、図2Bにおいて強調されている。
図3は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティ間のメイトの自動生成を示すフローチャートである。例示的な方法300は、クラスタリング305、合致可能性プレディクタトレーニング310、メイトタイププレディクタトレーニング315、合致可能な面およびメイトタイプ予測320、ならびに自動メイト生成325を含む。以下、図3に示される例示的な方法の要素の実装例を説明する。
クラスタリング305:CADパーツのデータベースを検索(クロールし)し、パーツを類似パーツを有する多数のクラスタに分割することができる。アセンブリで使用されるパーツの各インスタンスは、クラスタに分割されることになるパーツの領域に追加できる。例えば、あるパーツの5つのインスタンスが特定のアセンブリで使用されている場合、そのパーツの5つのインスタンスがパーツの領域に追加される。これにより、これら5つのパーツを含むクラスタの密度が増加し、頻繁に使用されるコンポーネントを含むクラスタを判定可能である。パーツのクラスタが他のクラスタと比べて比較的密度が高い場合は、そのクラスタ内のコンポーネントがCADモデルでより頻繁に使用されていると推測できる。例示的な方法300のクラスタリング部分の出力は、パーツのクラスタを含む。特に興味深いクラスタは、頻繁に発生するコンポーネントを含むクラスタである。特定の例として、椅子アセンブリのコンポーネントを有するデータベースを検索することで、アームレスト、シート、チェアハンドル、バックレスト、脚部、およびキャスターホイールのクラスタをもたらすことが期待され得る。クラスタリングは形状の類似性に基づいて達成され、既知の方法に従ってパーツのグローバル形状シグネチャ表現に基づくことができる。図1Bは、キャスターホイールの例示的なクラスタを示す。
合致可能性プレディクタトレーニング310:ニューラルネットワークは、プレディクタが作成されるクラスタの合致ジオメトリからのデータを用いて学習される。このニューラルネットワークは、パーツの面のコンテキスチュアルシグネチャと共に入力されることができ、ニューラルネットワークの出力は、ジオメトリが合致可能であるかどうかの判定である。ニューラルネットワークは、クラスタ内のすべての面について合致可能性情報を使ってトレーニングされることが可能である。一致拘束条件、同心拘束条件など、各拘束タイプについて別々のニューラルネットワークがトレーニングされることが可能である。ニューラルネットワークは、椅子の例におけるキャスターホイールなど、頻繁に使用されるコンポーネントに対してのみトレーニングされることができる。図4は、合致可能性プレディクタのための関連する入力405および出力410を有する例示的なニューラルネットワーク400を表す。面シグネチャ405は、入力としてニューラルネットワーク400に提供されることができ、例えば0または1の値が出力410として提供されることができ、0は面が合致可能でないことを示すことができ、1は面が合致可能であることを示すことができる。
メイトタイププレディクタトレーニング315:他のニューラルネットワークが2つのジオメトリ間のメイトタイプを識別するようにトレーニングされる。ジオメトリの1つのセットは、頻繁に使用されるコンポーネントを含む、クラスタの合致可能なジオメトリとすることができる。ジオメトリの他のセットは、頻繁に使用されるコンポーネントが合致するコンポーネントのすべてのジオメトリにできる。頻繁に発生するコンポーネントを含むすべてのCADアセンブリからの累積データは、メイトタイププレディクタニューラルネットワークのトレーニングデータとして使用されることが可能である。ニューラルネットワークへの入力は、合致するコンポーネントのすべての面のコンテキスチュアルフィーチャと組み合わされた合致可能な面のコンテキスチュアルフィーチャの組み合わせであり得る。椅子アセンブリの特定の例では、椅子の脚のすべてのジオメトリをキャスターホイールの合致可能な面と対にすることができる。この情報は、ニューラルネットワークへの入力を形成することができ、一方、出力は、例えば、同心円メイト、一致メイトとすること、またはメイトは全くなしとすることができる。ニューラルネットワークがいくつかのそのような面でトレーニングされるとき、キャスターホイールからの合致可能な面と椅子の脚からの任意の面との入力時に、2つのジオメトリ間のメイトタイプを予測することが可能になり得る。図5は、メイトタイププレディクタについての関連入力505、510および出力515、520、525を有する例示的なニューラルネットワーク500を表す。面シグネチャ505、510は、入力としてニューラルネットワーク500に提供されることができ、例えば0または1の値が各メイトタイプに対する出力515、520、525として提供されることができる。各メイトタイプについて、0は面がそのタイプでは合致できないことを示すことができ、1は面がそのタイプでは合致可能であることを示すことができる。
面のコンテキスチュアルシグネチャ(「面シグネチャ」)は、その特定のパーツに対する面のコンテキスチュアル位置の数値表現とすることができる。コンテキスチュアルシグネチャは、以下の数値表現のいずれかを含むことができる。境界ボックス(例えば、オブジェクト指向境界ボックス(OOBB))は、境界ボックスの角と境界ボックスのそれぞれの境界プレーンとを有する部分について計算されることができる。パーツ内の面の重心を計算することができ、境界ボックスの6つの側面からの面の重心の距離の比率を計算することができる。これらの比率は、図6Aに示すように、d1x/d2x、d1y/d2y、d1z/d2zと呼ばれることがある。図6Aにおいて、面が境界ボックスの上面にあるのでd1xは0であり、したがってd1xは図6Aには示されていない。比率の計算では、分子として小さい方の距離を使用するという慣例に従うことができる。これらの比率は、そのパーツのコンテキスト内の面の位置を表すことができる。例えば、キャスターホイールのステムの上面は、キャスターホイールの異なる形状およびサイズの合理的な変形のために、X、Y、Z軸に沿って同様の比率を有するであろう。
距離比と同様に、角度は、面の重心とパーツの重心との間で定められるベクトル間で範囲を定めることができる。これらの角度は、慣性モーメントの主軸と共に、図6Bに示すように、アルファ、ベータ、およびガンマとして表わされることができる。
全ての面の面積の合計に対する面の面積の比率は、そのパーツのコンテキストにおける面の相対的な大きさの数学的表現として計算されることができる。
面の面積に対する面の周囲の二乗の比は、面の形状の数学的表現として計算されることができる。例えば、円形の面は正方形の面と比べて明確な比率を持つ。上記の計算のいずれかまたはすべては、そのパーツのコンテキストにおいて面を表すために使用され、かつニューラルネットワークへの入力を形成するために使用されるコンテキスチュアルシグネチャの一部を形成することができる。
合致可能な面およびメイトタイプ予測320:設計者がアセンブリ環境にパーツ(例えば、キャスターホイール)を挿入すると、合致可能性プレディクタへの入力(例えば、面面シグネチャ)が作成され、合致可能性プレディクタに供給されることができる。合致可能性プレディクタは、新たに挿入されたパーツにおいて合致可能であり得る面の判定を提供する。椅子の具体例では、合致可能と判定された面が、メイトタイププレディクタへの入力として提供される。面を椅子の脚の面とペアにして、メイトタイププレディクタの入力が作成される。メイトタイププレディクタは、パーツ(例えば、キャスターホイールと椅子の脚)間で可能となり得るメイトタイプを出力として提供する。予測されるメイトタイプは、例えば、同心円、一致、他のメイトタイプ、またはメイト不可能とすることができる。
自動メイト作成325:メイトタイプが予測された後、アセンブリ内の頻繁に使用されるコンポーネント(例えば、キャスターホイール)と既存のコンポーネント(例えば、椅子の脚)との間にメイトが作成されることができる。キャスターホイールのインスタンス数を判定することができ、キャスターホイールのジオメトリと椅子の脚の間の関連するメイトが作成される。図7Aから図7Cは、CAD設計者がキャスターホイールaを椅子アセンブリ700に追加するときの例示的なステップの表現を示す。図7Aに表示されているように、キャスターホイール710aのメイト面は、上述のように、メイト性プレディクタを使用して識別される。図7Bに表示されているように、合致ジオメトリおよびメイトタイプは、上述のように、メイトタイププレディクタを使用して識別される。メイトタイププレディクタは、作成するキャスターホイールのインスタンス数も判定できる。この例では、5つのキャスターホイール710aから710eが作成され、それぞれが椅子700の脚部705上のメイト点に対応する。図7Cに表示されているように、キャスターホイール710aから710eと椅子700の脚部705との間のメイトは、識別された合致ジオメトリおよびメイトタイプを使用して作成される。上記の例示的な方法は椅子アセンブリのコンテキストで説明されているが、この方法は任意の頻繁に発生するコンポーネントと共に使用されることができる。合致可能性およびメイトタイププレディクタは、十分なトレーニングデータを有する任意の頻繁に発生するコンポーネントについてトレーニングされることができる。
図8は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティ間のメイトを自動的に作成する方法800を示すフローチャートである。例示的な方法は、コンピュータデータベースに格納されたCADモデルパーツに関する情報および関連する合致情報にアクセスすること805を含む。この方法はさらに、CADモデルパーツを複数のクラスタに分割すること810を含み、各クラスタは類似のグローバル形状シグネチャを有するCADモデルパーツを含む。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、クラスタのCADモデルパーツについての合致可能性情報を用いてトレーニングされる815。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成される。メイトタイププレディクタニューラルネットワークは、2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにトレーニングされる820。この方法は、CADモデルに新しいパーツが追加されることに応答して、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定するステップ825を含む。メイトタイププレディクタニューラルネットワークに(i)新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャと、(ii)エンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するためのCADモデルの他のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャとを入力する。少なくとも1つのメイトが、新しいパーツの合致可能なエンティティとCADモデルの他のパーツのエンティティとの間に、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて自動的に追加される830。
図9は、例示的な実施形態による、実世界のオブジェクトのCADモデル内の幾何学的エンティティと新しいパーツとの間にメイトを自動的に作成する方法900を示すフローチャートである。例示的な方法は、CADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングされた合致可能性プレディクタニューラルネットワークにアクセスするステップ905と、新しいパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して新しいパーツの合致可能なエンティティを判定するステップ910とを含む。合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成される。この方法はさらに、2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにトレーニングされたメイトタイププレディクタニューラルネットワークにアクセスするステップ915と、メイトタイププレディクタニューラルネットワークに(i)新しいパーツの合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャおよび(ii)エンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するための、CADモデルの別のパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力するステップ920とを含む。少なくとも1つのメイトは、判定された少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、CADモデルの新しいパーツの合致可能なエンティティと他のパーツのエンティティとの間に自動的に追加される925。
図10は、CPU1002、コンピュータモニタ1004、キーボード入力装置1006、マウス入力装置1008、および記憶装置1010を含むコンピュータ化されたモデリングシステム1000を示す。記憶装置1010は、一般に入手可能なコンピュータハードウェアデバイスを含むことができる。例えば、CPU1002は、Intelベースのプロセッサを含むことができる。マウス1008は、設計エンジニアがCPU1002によって実行されているソフトウェアプログラムにコマンドを発行するために押圧し得る従来の左右ボタンを有することができる。マウス1008の代替として、またはそれに加えて、コンピュータ化されたモデリングシステム1000は、トラックボール、タッチセンシティブパッド、またはポインティングデバイスおよびキーボード1006に組み込まれたボタンなどのポインティングデバイスを含むことができる。当業者であれば、マウスデバイスに関して本明細書で説明したのと同じ結果が、他の利用可能なポインティングデバイスを使用して達成できることを理解する。以下の説明から明らかになるように、他の適切なコンピュータハードウェアプラットフォームも好適である。そのようなコンピュータハードウェアプラットフォームは、マイクロソフトのWindowsNT、Windows2000、WindowsXP、WindowsME、Windows7以降、UNIX(登録商標)、Linux(登録商標)、またはMAC OSオペレーティングシステムを操作することができることが好ましい。
追加のコンピュータ処理ユニットおよびハードウェアデバイス(例えば、ラピッドプロトタイピング、ビデオ、およびプリンタデバイス)をコンピュータ化されたモデリングシステム1000に含み得る。さらに、コンピュータ化されたモデリングシステム1000は、ネットワークハードウェアおよびソフトウェアを含んでもよく、それによってハードウェアプラットフォーム1012に対して通信が可能になり、他のコンピュータコンポーネントの中でも特に、CPUおよびストレージシステムを含む多数のコンピュータシステム間の通信を容易にする。
コンピュータ支援モデリングソフトウェア(例えば、プロセス300、800、および900)を記憶装置1010に格納し、CPU1002にロードして実行し得る。モデリングソフトウェアによって、設計エンジニアは3Dモデルを作成および修正することができ、本明細書で説明した実施形態の態様を実施する。CPU1002は、コンピュータモニタ1004を使用して、説明したように3Dモデルおよびその他の態様を表示する。キーボード1006およびマウス1008を使用して、設計技術者は3Dモデルに関連するデータを入力および修正することができる。CPU1002は、キーボード1006およびマウス1008からの入力を受け入れて処理する。CPU1002は、モデリングソフトウェアで命令されるように、3Dモデルに関連するデータとともに入力を処理し、コンピュータモニタ1004に表示されるものに対応して適切な変更を行う。一実施形態では、モデリングソフトウェアは、1つまたは複数のソリッドボディおよびサーフェスボディからなる3Dモデルを構築するために使用され得るソリッドモデリングシステムに基づく。
実施形態は、デジタル電子回路において、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアにおいて、あるいはそれらの組み合わせにおいて実装され得る。装置は、プログラム可能なプロセッサにより実行するために機械可読記憶装置内に明白に具体化されたコンピュータプログラム製品内に実装され得る。方法ステップは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行するための命令のプログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって実行されてもよい。実施形態は、データ記憶システム、少なくとも1つの入力装置、および少なくとも1つの出力装置から、データおよび命令を受信し、かつそこにデータおよび命令を送信するように結合された少なくとも1つのプログラム可能プロセッサを含むプログラム可能システムで実行可能な1つまたは複数のコンピュータプログラムで有利に実施され得る。各コンピュータプログラムは、ハイレベル手順型またはオブジェクト指向型プログラミング言語で、あるいは必要に応じてアセンブリ言語または機械語で実装することができるが、いずれにせよ、言語はコンパイルされた言語またはインタプリットされた言語であり得る。適切なプロセッサは、非限定的な例として、汎用および特殊用途の両方のマイクロプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読み出し専用メモリおよび/またはランダムアクセスメモリから命令およびデータを受け取り、いくつかの実施形態では、命令およびデータはグローバルネットワークを介してダウンロードされてもよい。コンピュータプログラムの命令およびデータを具体的に具現化するのに適した記憶装置は、例として、EPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリ装置を含む、あらゆる形態の不揮発性メモリ、内蔵型ハードディスクやリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、およびCD-ROMディスクを含む。前述のいずれも、カスタム設計のASIC(特定用途向け集積回路)によって補完され、またはその中に組み込まれることができる。
本明細書に開示される実施形態の利点は、構成要素に適用される許容誤差が従来の方法およびシステムにおいて誤って計算されるときに発生する問題を軽減することである。そのような問題は、下流部門方向で、寸法要件ごとに製造されるが干渉のために組み立てられないパーツをもたらす可能性があり、これが費用のかかる再加工シナリオまたは廃棄パーツをもたらす。各公差の計算が自動的に行われるだけでなく、必要な寸法、公差、および表示項目も自動的に生成される。開示された実施形態の別の利点は、ソースコンポーネント上に定義されたデータを与えられたターゲットコンポーネントの必要なデータムフィーチャの体系的な推論である。このことは、データを正しく適用することが幾何学的寸法と公差を適用する際の最大の課題の1つであるため、有利である。開示された実施形態はこの課題を解決する。
例示的な実施形態を具体的に示し説明したが、添付の特許請求の範囲によって包含される実施形態の範囲から逸脱することなく、形態および詳細において様々な変更を加え得ることを当業者は理解するであろう。例えば、実装は、動作が実行される順番を変更してもよい。さらに、実装の必要性に応じて、本明細書で説明されている特定の動作は、組み合わされた動作として実施され、排除され、追加され、またはそうでなければ再配置され得る。さらに、マウスに対する特定のユーザインタフェース操作(例えば、クリック、ドラッグ、ドロップ)は例示であり、限定ではない。モデルデータまたは設計データを選択、移動、配置などをするための他のユーザインタフェース操作は好適である。開示された方法およびシステムは、例えば、3層ニューラルネットワークを用いて実施されることができ、ニューラルネットワークをトレーニングするためにKerasライブラリを使用することができる。解決策の本質は同様であるが、ニューラルネットワークの特定のトポロジーならびに実装に使用される特定のライブラリは、異なる実装をもたらすことができる。

Claims (12)

  1. コンピュータ実装方法であって、
    コンピュータデータベースに格納されたCADモデルパーツに関する情報および関連するメイト情報にアクセスするステップと、
    前記CADモデルパーツを複数のクラスタに分割するステップであり、各クラスタは類似のグローバル形状シグネチャを有する所与のCADモデルパーツを含む、ステップと、
    合致可能性プレディクタニューラルネットワークをクラスタの各CADモデルパーツに対する各合致可能性情報を用いてトレーニングするステップであり、前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成される、ステップと、
    2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにメイトタイププレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップと、
    所与のCADモデルに新しいCADモデルパーツが追加されることに応じて、
    前記新しいCADモデルパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して前記新しいCADモデルパーツの、前記複数のエンティティ間からの、合致可能なエンティティを判定するステップと、
    前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)前記所与のCADモデルの別のCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力して前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティと、前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するステップと、
    判定された記少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティと、前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するステップと
    を含む、方法。
  2. 少なくとも1つのCADモデルパーツの少なくとも1つのエンティティに対する少なくとも1つのコンテキスチュアルシグネチャは、前記少なくとも1つのCADモデルパーツ内の前記少なくとも1つのエンティティのコンテキスチュアル位置の数値表現である、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  3. 前記少なくとも1つのCADモデルパーツの前記少なくとも1つのエンティティに対する前記少なくとも1つのコンテキスチュアルシグネチャは、前記少なくとも1つのCADモデルパーツの前記少なくとも1つのエンティティの少なくとも1つの重心と前記少なくとも1つのCADモデルパーツの周囲のバウンディングボックスのプレーンとの間の比率を計算することによって計算される、請求項2に記載のコンピュータ実装方法。
  4. 前記CADモデルパーツを複数のクラスタに前記分割するステップは、
    所与の複数のCADモデルパーツのそれぞれのCADモデルについて、前記CADモデルパーツのグローバル形状シグネチャを計算するステップと、
    前記計算されたグローバル形状シグネチャが閾値量内にある場合、前記所与の複数のCADモデルパーツをクラスタリングするステップと
    を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  5. 前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークをトレーニングするさい、前記各CADモデルパーツの前記クラスタは、他のクラスタと比較して相対的に高い密度を有し、前記クラスタの前記相対的に高い密度は、前記クラスタの各CADモデルパーツが頻繁に使用されることを示す、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  6. 前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップは、前記CADモデルパーツの全てのエンティティについての合致可能性情報を用いて前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップを含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  7. 前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップは、それぞれ異なるメイトタイプに対応する、複数の合致可能性プレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップを含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  8. 前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップは、(i)頻繁に使用されるCADモデルパーツを含む少なくとも1つのクラスタの合致可能なエンティティ、および(ii)前記頻繁に使用されるCADモデルパーツが合致するCADモデルパーツのすべてのエンティティを使用して前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークをトレーニングするステップを含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  9. 少なくとも1つのメイトを自動的に追加するステップは、
    前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツと合致可能な前記新しいCADモデルパーツの多数のインスタンスを判定するステップと、
    前記新しいCADモデルパーツの判定された記多数のインスタンスを作成するステップと、
    前記新しいCADモデルパーツの前記作成したインスタンスのエンティティを前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの異なるエンティティに合致させるステップと
    を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装方法。
  10. コンピュータ実装方法であって、
    各CADモデルパーツに対する各合致可能性情報を用いてトレーニングされた合致可能性プレディクタニューラルネットワークにアクセスするステップであり、前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークはCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応じて、合致可能性情報を提供する、ステップと、
    新しいCADモデルパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して前記新しいCADモデルパーツの、前記複数のエンティティ間からの、合致可能なエンティティを判定するステップと、
    トレーニングされたメイトタイププレディクタニューラルネットワークにアクセスして2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するステップと、
    前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)所与のCADモデルの別のCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力して前記新しいCADモデルパーツの判定された前記合致可能なエンティティと、前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間の少なくとも1つのメイトタイプを判定するステップと、
    判定された前記少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、前記新しいCADモデルパーツの判定された前記合致可能なエンティティと前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するステップと
    を含む、方法。
  11. コンピュータ支援設計(CAD)システムであって、
    各CADモデルパーツに関する情報および関連する各メイト情報を格納するように構成されるコンピュータデータベースと、
    前記コンピュータデータベースに動作可能に結合されるプロセッサであり、
    前記CADモデルパーツを複数のクラスタに分割し、各クラスタは類似のグローバル形状シグネチャを有する所与のCADモデルパーツを含み、
    合致可能性プレディクタニューラルネットワークをクラスタの各CADモデルパーツに対する各合致可能性情報を用いてトレーニングし、前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークは、CADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応答して合致可能性情報を提供するように構成され、
    2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別するようにメイトタイププレディクタニューラルネットワークをトレーニングし、
    所与のCADモデルに新しいCADモデルパーツが追加されることに応じて、
    前記新しいCADモデルパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して前記新しいCADモデルパーツの、前記複数のエンティティ間からの、合致可能なエンティティを判定し、
    前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)前記所与のCADモデルの別のCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力して前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティと、前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティ間の少なくとも1つのメイトタイプを判定し、
    判定された記少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティと前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するように構成されるプロセッサと
    を備える、CADシステム。
  12. コンピュータ支援設計(CAD)システムであって、
    各CADモデルパーツに関する情報および関連する各メイト情報を格納するように構成されるコンピュータデータベースと、
    前記コンピュータデータベースに動作可能に結合されるプロセッサであり、
    CADモデルパーツに対する合致可能性情報を用いてトレーニングされた合致可能性プレディクタニューラルネットワークにアクセスし、前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークはCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャの入力に応じて、合致可能性情報を提供し、
    新しいCADモデルパーツの複数のエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを前記合致可能性プレディクタニューラルネットワークに入力して前記新しいCADモデルパーツの、前記複数のエンティティ間からの、合致可能なエンティティを判定し、
    トレーニングされたメイトタイププレディクタニューラルネットワークにアクセスして2つのエンティティ間の1つまたは複数のメイトタイプを識別し、
    前記メイトタイププレディクタニューラルネットワークに、(i)前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティのコンテキスチュアルシグネチャ、および(ii)所与のCADモデルの別のCADモデルパーツのエンティティのコンテキスチュアルシグネチャを入力して前記新しいCADモデルパーツの判定された前記合致可能なエンティティと、前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間の少なくとも1つのメイトタイプを判定し、
    判定された記少なくとも1つのメイトタイプに基づいて、前記新しいCADモデルパーツの判定された記合致可能なエンティティと前記所与のCADモデルの前記別のCADモデルパーツの前記エンティティとの間に少なくとも1つのメイトを自動的に追加するように構成されるプロセッサと
    を備える、CADシステム。
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