JPH1034458A - コンピュータ支援設計における部品配置の検討方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＡＤシステムにおける部品設計の際、製造
した部品の組み付け時に作業者の手が入れられるよう
に、部品間の空間を確保できるか否かを検討する方法に
関する。 【解決手段】 工具保持、ねじ止め、コネクタ接続など
の各種作業に応じた、作業者の手の形状の模型を作成
し、この模型をＣＡＤデータとして取り込んでデータベ
ースに登録し、このデータを、画面上での部品配置の検
討の際に、画面に表示された部品の間に配置することに
より、組み付け時に当該部品間に作業のための空間が確
保できるか否かの検討を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ支援
設計（ＣＡＤ）システムを用いた設計に関し、特に、設
計した部品を用いて製品を実際に組み立てる際、部品の
組み付けのためのねじ締結などの作業のために作業者が
手を入れる空間を確保するべく、設計時に、製品を構成
する部品間にその空間を確保するための、部品配置の検
討を行う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製造業、建設業などにおいては、設計・
製造活動の支援のために、近年、ＣＡＤシステムが広く
普及している。

【０００３】ところで、製品を組み立てるべく、その構
成部品を実際に組み付ける際に、作業者の手が入る空間
を部品間や部品自体に確保するためには、予め部品設計
時にそれらの部品の配置についても検討を行う必要があ
る。

【０００４】従来、前記ＣＡＤシステムによる、製品と
しての車両などの設計において、上記の組み付け作業の
ための空間を確保するための検討を行う際には、ねじ締
結、コネクタ接続などの作業の種類に応じた、組み付け
作業者の手の形状を囲む包絡図形を作成し、これを画面
上で設計した部品近傍に模擬的に配置することにより、
部品間の隙間などの確認を行っている。

【０００５】図８は、こうした部品の配置を、設計時に
検討する場合を示すものである。図では、ＣＡＤシステ
ムの画面上において、設計した作業対象部品71の周辺に
周辺部品72および73がそれぞれ配置され、さらにこれら
の部品の間に作業者の手の代わりとした包絡図形74が配
置されている。ここで、設計者は、包絡図形74を画面上
を移動させ、この包絡図形74と周辺部品72および73との
間の隙間の大きさを検討し、作業対象部品71の組み付け
作業（本図ではねじ止めを示す）が可能か否かを判断す
る。

【０００６】上記の包絡図形には、従来、円柱や角柱な
どの単純な形状の図形を使用していたが、最近の車両、
電気製品などにおいては、部品点数とその実装密度の増
加により、こうした単純な形状の図形では、精度の高い
部品配置の検討が困難となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＣＡＤシス
テムによる設計において、部品配置の検討を行うに際
し、設計した部品の組み付け時の作業に対応する作業者
の手の形状を再現した図形を画面に表示し、これを予め
画面上に表示した当該部品の近傍に配置し、組み付け時
の作業に必要な空間を確保するための検討を行うことに
より、高精度で部品の配置の検討を行う方法に関するも
のである。

【０００８】請求項１記載の発明は、前述した、部品の
設計での当該部品の配置の検討に際し、これを高精度で
行うことを実現しようとするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の解決課題である、部品配置の検討を高精度で行うた
めに、作業者の手の形状を再現した図形を作成するもの
である。

【００１０】請求項３および４記載の発明は、共に、部
品の設計での、当該部品の配置の検討に際し、その検討
を高精度で行うことを実現しようとするものである。

【００１１】請求項５および６記載の発明は、コンピュ
ータ支援設計装置による設計において、高精度で部品配
置の検討を行うという課題の解決を図るための装置に関
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による方法は、組
み付け作業を行う際の作業者の手の形状を再現した模型
を製作し、この模型の表面形状を画像データとして前記
ＣＡＤシステムに入力することにより、作業者の手の形
状モデル図形を作成し、当該手の形状モデル図形を画面
上で部品の近傍に模擬的に配置し、移動させることによ
り、部品間や部品自体にに作業空間を確保するための検
討を行う。これにより、組み付け時の作業性を考慮し
た、高精度の部品配置を設計段階で実現できるようにな
る。

【００１３】また本発明による方法においては、複数種
類の手の形状につき、上記モデル化した手の形状の図形
データをデータベースに登録し、部品配置の検討を行う
際に、前記作業の種類に応じた手の形状の図形データ
（以下、「詳細形状データ」と呼ぶ）を前記データベー
スより随時呼び出し、これを用いて検討を行うことを特
徴とする。

【００１４】さらに本発明による方法においては、作業
者の手を想定したデータとして、包絡図形によるデータ
と、前記詳細形状データとを共にデータベースに登録
し、部品配置の検討に際し、先ず包絡図形によるデータ
を用い、次いで詳細形状データを用いて、より詳細な検
討を行うことを特徴とする。

【００１５】したがって、本発明によれば、ＣＡＤシス
テムによる設計において、部品配置などの検討を行う際
に、部品の実装密度や構成などに応じた検討が可能とな
ると共に、予め包絡図形データによる予備的な検討を行
った後、詳細形状データを用いて、より精度の高い検討
を行うことが可能となる。

【００１６】すなわち、部品間の間隔が比較的広い場合
は包絡図形データのみを、間隔が比較的狭い場合はさら
に詳細形状データをそれぞれ用い、あるいは包絡図形デ
ータによって予備検討を行った後、詳細図形データを用
いて、より詳細な部品配置の検討を行うことが可能とな
る。

【００１７】さらに本発明は、ＣＡＤシステムにおい
て、設計した部品配置の検討を模擬的に行うに際し、該
部品の組み立て時の作業に対応する作業者の手の形状を
再現した図形を画面に表示する手段と、該図形を予め画
面上に表示された該部品およびその周辺部品の近傍に配
置、および移動する手段を具えることを特徴とするもの
である。

【００１８】また本発明は、ＣＡＤシステムにおいて、
部品の組み付け時の作業に対応する前記作業者の手の形
状を再現した図形、および作業者の手を囲む包絡図形を
共に登録するデータベースを具え、部品配置の検討に際
し、登録した所望の前記作業者の手の形状を再現した図
形、または作業者の手を囲む包絡図形を、前記データベ
ースより呼び出すことを特徴とするものである。

【００１９】本システムにより、設計時に、組み付け時
の作業性を考慮した部品配置の検討を高精度で行うこと
が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２１】図１は、本発明による部品配置の検討方法
を用いて設計作業を行うための、コンピュータ支援設計
装置を概略示すものである。本装置は、中央処理装置
１、表示装置２、キーボード３およびマウスなどのポイ
ンティングデバイス４を具え、ユーザーは表示装置２の
画面に表示された部品および作業者の手を再現した図形
を、キーボード３あるいはポインティングデバイス４を
操作することにより配置、または移動させて、部品配置
の検討を行う。

【００２２】図２は、本発明による部品配置の検討方法
を用いた設計作業に先立つ、作業者の手のデータを作成
する手順を概略示すフローチャートである。図２に示す
ように、まず、ステップ11で、本方法に係る検討の際に
用いる手のデータの基礎となる、工具保持、ホース挿入
などの組み付け作業を行う際の作業者の手の形状を選定
する。次いでステップ12で手のデータを作成するための
モデルとなる作業者を選定し、ステップ13で作成するデ
ータの種類を決定する。その後、ステップ14で、前のス
テップ13で決定した手の形状に応じた、作業者の手を囲
む包絡図形データを作成し、これをステップ15でデータ
ベースに登録する。一方、詳細形状データについては、
ステップ16で、モデルとなった作業者の手の模型を作成
し、続くステップ17でその表面形状を画像読み取り手段
によって測定し、これをステップ18でＣＡＤデータに変
換する。その後、ステップ19でこのデータをデータベー
スに登録する。以上の手順を、組み立て作業時の各々の
手の形状に対して行う。

【００２３】図３は、図２で示した手の形状データ（詳
細形状）の作成手順を示すものである。まず、工具保
持、ホース挿入などの作業に対応する手の形状を、選定
した作業者の手21を用いて外型取りを行う。このとき、
外型取りには離型性の良い材料、例えばシリコーン樹脂
を使用する。その後、型割りを行ってモデルとなった作
業者の手21から外型22を取り外し、次いで外型22内に成
型用樹脂23を注入する。ここで、成型用樹脂23には、例
えばポリウレタンなどを使用する。注入した樹脂23が固
化した後、外型22を取り外す。作成した手の模型24を画
像読み取り装置25によって測定し、得られたデータをＣ
ＡＤ用データに変換し、データベースに登録する。

【００２４】ここで、詳細形状データとして、実際の作
業者の手を直接データとして取り込むことも可能である
が、その場合、精度の高いデータを得るためには、画像
読み取り装置９によるデータ取り込みの間、手を一定の
状態に保つ必要があり、作業者にこれを強いることは困
難である。一方、常に静止した状態にある模型を使用す
れば、精度の高いデータの取り込みが可能となること、
また製作した模型が、設計作業における部品配置の検討
の際の標準的なデータとして使用できることから、作業
者の手を基に作成した模型を使用することとした。

【００２５】なお、モデルとなる作業者の手の選定に際
しては、本例においては、自動車組立工場の複数の作業
者の中から、厚生省統計などによる日本人の平均身長お
よび平均体重に相当する作業者の手を標準であると見な
して選び、これを利用している。

【００２６】図４は、本発明による部品配置の検討方法
を行う、コンピュータ支援設計装置のシステム構成を示
すものである。本装置は、中央処理装置31、入力部32、
表示部33、設計した部品データを登録する部品データベ
ース34および手の形状データを登録する手の形状データ
ベース35を具え、手の形状データベース35には、図に示
すように作業の種類に応じた、それぞれ包絡図形データ
および詳細図形データを登録する。部品配置の検討を行
う際には、部品データベース34より部品データを、手の
形状データベース35より包絡図形データまたは詳細形状
データをそれぞれ呼び出し、表示部33の画面にこれらを
表示させ、かつ入力部32での操作により、検討を行う。

【００２７】図５は、手の形状データベース35に登録し
た、包絡図形データおよび詳細形状データの例を示すも
のである。前述のように、データベース35には、作業の
種類に応じた、包絡図形および詳細図形データを共に登
録する。なお、図では各作業の際に用いる工具などの向
きや位置を、これを把持する手の形状に合わせて破線で
示す。

【００２８】図６は、本方法による部品配置の、画面上
での検討を行う状況を示すものである。図においては、
作業対象となる部品41と、その周囲に周辺部品42および
43が配置され、部品41をボルトで仮締めを行う場合を想
定したものとなっている。ここでは、図４に示した手の
形状データベース35から、作業に応じた詳細図形データ
44を呼び出して部品間に配置することにより、周辺部品
42および43と詳細図形データ44との間の隙間を確認し、
部品41のボルト仮締めを行うことが可能か否かを検討す
る。

【００２９】図７は、本方法による部品配置の検討の手
順を示すフローチャートである。以下、本図を参照して
手順について説明する。

【００３０】まずステップ51で配置の検討を行う部品名
を入力し、部品データベース35より当該部品を呼び出
し、ステップ52で当該部品を全て画面に表示させる。次
にステップ53で、作業に応じて手の形状データの種類を
入力する。これに基づき、ステップ54で手の形状データ
ベース35より、まず包絡図形データを呼び出し、画面に
表示させる。その後ステップ55で、前ステップで呼び出
した包絡図形データの基準位置を入力し、ステップ56で
この包絡図形データをポインティングデバイスなどを用
いて画面上を移動させ、画面上に表示されている各部品
との間に一定の隙間が得られるか否か検討する。もし、
ここで十分な隙間が得られた場合、実際の組み立て作業
においても作業のための空間が確保されると判断し、検
討を終了する。しかし、十分な隙間が得られていない場
合には、次の詳細図形データを利用した検討を行う。

【００３１】ステップ60で詳細図形データを呼び出し、
画面に表示する。その後前と同様の手順（ステップ61〜
62）で検討を行う。もし、ここで一定の隙間が得られた
場合、実際の組み立て作業において作業のための空間が
確保されると判断し、検討を終了する。しかし、この場
合においても十分な隙間が得られない場合には、ステッ
プ67で部品配置の検討を改めて行い、それでも組み付け
作業に十分な空間が確保できない場合には、部品形状の
変更などの対策を行う。

【００３２】以上の手順を繰り返すことにより、組み付
け時の作業性を考慮した部品配置が設計段階で実現でき
ることとなる。

【００３３】

【発明の効果】本発明により、車両、電気製品などの製
造にあたり、組み付け時の作業性を考慮した部品配置の
検討を、設計段階で高精度で行うことが可能となる。従
って、設計から製造までの工程において、より作業の効
率化が図れると共に、組み付け作業時の安全性を高める
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法により部品配置の検討を行
う、コンピュータ支援設計装置を概略示す図である。

【図２】本発明による、作業者の手の形状データの作成
手順を示すフローチャートである。

【図３】図２で示す手の詳細形状データの作成手順を示
す図である。

【図４】本発明による部品配置の検討方法を行う、コン
ピュータ支援設計装置のシステム構成を示す図である。

【図５】本発明に係る手の形状データベースに登録す
る、詳細図形データの例を示す図である。

【図６】本発明による方法を用いた、部品配置の検討を
行う状況を示す図である。

【図７】本発明による方法を用いた、部品配置の検討の
手順を示すフローチャートである。

【図８】包絡図形を用いた、従来の部品配置の検討を行
う状況を示す図である。

【符号の説明】

１, 31 中央処理装置 ２ 表示装置 ３ キーボード ４ ポインティングデバイス 21 作業者の手 22 外型 23 成型用樹脂 24 手の模型 25 画像読み取り装置 32 入力部 33 表示部 34 部品データベース 35 手の形状データベース 41, 71 検討対象部品 42, 43, 72, 73 周辺部品 44 手の詳細図形 74 包絡図形

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンピュータ支援設計装置による設計に
   おいて、部品配置の検討を行うに際し、設計した部品の
   組み付け時の作業に対応する作業者の手の形状を再現し
   た図形を画面に表示し、これを予め画面上に表示された
   当該部品の近傍に配置することにより、組み立て時の作
   業に必要な空間を確保するための検討を行うことを特徴
   とする、コンピュータ支援設計における部品配置の検討
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記作業
   者の手の形状を再現した図形を、実際の作業者の手の模
   型を製作し、該模型の表面形状を画像データとして前記
   コンピュータ支援設計装置に入力することにより作成す
   ることを特徴とする、コンピュータ支援設計における部
   品配置の検討方法。
3. 【請求項３】 請求項１および２記載の方法において、
   前記作業者の手の形状を再現した図形をデータベースに
   登録し、部品配置の検討に際し、所望の前記作業者の手
   の形状を再現した図形を前記データベースから呼び出す
   ことを特徴とする、コンピュータ支援設計における部品
   配置の検討方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方
   法において、前記作業者の手の形状を再現した図形と、
   作業者の手を囲む包絡図形を共に前記データベースに登
   録し、部品配置の検討の際に両者を、あるいはいずれか
   一方を使用することを特徴とする、コンピュータ支援設
   計における部品配置の検討方法。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の方法の実施に用
   いるコンピュータ支援設計装置であって、 設計した部品配置の検討を行うため、該部品の組み立て
   時の作業に対応する作業者の手の形状を再現した図形ま
   たは作業者の手を囲む包絡図形を画面に表示する手段
   と、該図形を予め画面上に表示された該部品およびその
   周辺部品の近傍に配置、および移動する手段とを具える
   ことを特徴とする、コンピュータ支援設計装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、部品の組
   み立て時の作業に対応する前記作業者の手の形状を再現
   した図形、および作業者の手を囲む包絡図形を共に登録
   するデータベースを具え、部品配置の検討に際し、登録
   した所望の前記作業者の手の形状を再現した図形または
   前記包絡図形を、前記データベースより呼び出すことを
   特徴とする、コンピュータ支援設計装置。