JP2007183700A - 形状モデル作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計変更時の管理を容易にするとともに、設計変更の履歴のトレースを容易にする。
【解決手段】形状モデル作成装置１００は、対象解析モデルデータファイル１０６に形状モデルを入力する手段１０２と、対象形状モデルに対して設計パラメータを複数指定する手段１０３を有する。形状モデル作成装置は、また、指定設計パラメータを対象形状モデルのモデル表現パラメータデータ１０６１と関連付けて登録する。さらに、指定設計パラメータデータを表示する手段１０４と、指定設計パラメータのパラメータ値を変更し、これに関連するモデル表現パラメータデータを変更する手段１０５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）システムに係り、特に、形状モデルを作成する形状モデル生成装置に関する。

従来の形状モデル生成装置の例が、特許文献１および２に記載されている。これらの公報に記載のものでは、製品開発工程においてＣＡＥを活用して開発コストを低減し、設計開発期間の短縮を図っている。その際、３次元ＣＡＤで作成した形状データをそのまま解析し、解析して得られた結果を評価して３次元ＣＡＤに反映させ形状を修正している。修正された形状を再度解析して、製品の信頼性の向上や設計開発時間の短縮を図っている。

形状モデル生成装置の他の例が、特許文献３に記載されている。この公報では、３次元ＣＡＤで作成した形状データをそのまま解析した後に、解析モデルの節点を移動させて新形状を作成している。３次元ＣＡＤに戻らずに解析モデルを作成できるので、解析メッシュの作成や境界条件の設定等のプロセスが不要となる。

特開平０３−０７００８３号公報 特開２００１−２９７１１８号公報 特開２００３−１０８６０９号公報

設計プロセスで設計変更する寸法や幾何拘束等のパラメータは、３次元ＣＡＤを使用しない場合には数箇所から数十箇所である。これに対し、上記従来技術に記載の形状モデルの作成方法においては、３次元ＣＡＤ等の形状モデラを使用するので形状モデルを表現するパラメータ数が数百から数千以上に上る。したがって、設計変更に必要なパラメータを探すのに多大な時間を要する。

ところで、形状モデルを表現するパラメータと設計変更するパラメータとは必ずしも一致せず、そのため設定済みのパラメータを一度解除して、再度パラメータを設定し直す必要がある。また、設計プロセスにおける中間成果の形状モデルをファイル単位で管理しているので、作成者以外の設計者がその履歴等を知ることが困難である。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、３次元ＣＡＤを用いる形状モデル作成装置において、設計変更時の管理を容易にするとともに、設計変更の履歴のトレースを容易にすることにある。本発明の他の目的は、作成者以外であっても形状モデルを容易に修正できるようにすることにある。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、対象物を複数の表現パラメータを用いて記述した元の形状モデルに対して、この元の形状モデルを部分的に変更して新規の形状モデルを作成する形状モデル作成装置において、元の形状モデルを入力する入力部と、複数の表現パラメータから操作者が選択した表現パラメータを設計パラメータとして指定する設計パラメータ指定部と、この設計パラメータ指定部で指定された設計パラメータを変更する手段と、変更した設計パラメータにより形成される新規の形状モデルに関する解析結果をこの新規の形状モデルに関連付けて記憶し履歴データとして保存する中間成果登録部と、この履歴データの関連付けと新規の形状モデルとを同一の画面に表示する表示手段とを備えたことにある。

そしてこの特徴において、表示手段は、設計パラメータ表示画面と形状モデル表示画面とを有するのがよく、入力部から入力された形状モデルを格納する対象解析モデルデータファイルを有し、この対象解析モデルデータファイルは、対象物をメッシュデータで記述したメッシュモデルを有するものであってもよい。また、中間成果登録部は、対象解析モデルデータファイルに設計パラメータデータをこの設計パラメータデータを用いた解析結果である設計資料ファイルと関連付けて中間成果データとして登録するのが好ましい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、対象物を複数の形状要素で記述した形状モデルを表現する各パラメータに対して、操作者が選択した形状要素に関連する前記表現パラメータを設計パラメータとして抽出する手段と、この設計パラメータを登録する手段と、この設計パラメータを表示する手段とを有することにある。

そしてこの特徴において、登録された設計パラメータを編集する手段と、この設計パラメータにしたがって形状モデルを変形する手段とを有することが望ましく、設計パラメータ編集手段が編集した複数の設計パラメータと、編集後の設計パラメータに関連付けた関連設計資料データを登録する中間成果登録手段と、この中間成果登録手段が登録した設計パラメータおよび関連設計資料データを参照する手段とを有することが好ましい。

本発明によれば、ＣＡＤモデルを用いて設計および解析し形状モデルを作成するシステムにおいて、各種の中間成果を設計パラメータおよび設計資料と関連付けて登録したので、設計変更時の管理が容易になるとともに、設計変更の履歴を容易にトレースできる。また、作成者以外であっても形状モデルを容易に修正できる。

以下、本発明に係る形状モデル作成装置の一実施例を、図面を用いて説明する。
（Ａ） 形状モデル作成装置１００：
図１および図２に、形状モデル作成装置をブロック図で示す。本形状モデル作成装置
１００の使用者がデータを入力または表示する入出力装置１０１は、キーボード１０１ａとポインティングデバイス１０１ｂとディスプレイ１０１ｃとを有する。入出力装置101から入力された対象形状モデル１０６ａのデータは、対象形状モデルデータファイル106に格納される。その際、対象形状モデル入力部１０２がデータファイル１０６を指定する。

設計パラメータ指定部１０３は、対象形状モデル１０６ａに対して設計パラメータを複数指定する。そして、指定された設計パラメータを対象解析モデルデータファイル１０６のモデル表現パラメータデータ１０６１と関連付け、設計パラメータデータ１０６２として登録する。

設計パラメータ表示部１０４は、設計パラメータデータ１０６２を入出力装置１０１に表示する。設計パラメータ変更部１０５は、設計パラメータデータ１０６２のパラメータ値を変更し、変更される設計パラメータデータ１０６２に関連するモデル表現パラメータデータ１０６１を変更する。なお、対象解析モデルデータファイル１０６は、複数種類の設計パラメータ１０６２を有し、この複数種の設計パラメータ１０６２に対応した関連設計資料データ２０２１を中間成果データ２０２として有する。この設計資料データ2021を、中間成果登録部２０１が対象解析モデルデータファイル１０６に登録する。

このように構成した形状モデル作成装置１００の各部の動作を、以下に説明する。
（１）対象形状モデル入力部１０２：
図３に、入出力装置１０１が有するモニタ１０１ｃの表示画面例を示す。装置使用者はモニタ１０ｃに表示された操作画面に示された対象形状モデルデータフィールド３０１に対象解析モデルデータファイル１０６のファイル名称を入力する。実行ボタン３０２を押すと、対象形状モデルデータフィールド３０１に入力されたファイル名称が、対象解析モデルデータファイル１０６として登録される。キャンセルボタン３０３を押せば、対象形状モデル１０６ａの指定が解除される。なお、指定できる形状モデルの種類は、ＣＡＤモデルやメッシュモデルなどの形状を表現するモデルである。
（２）設計パラメータ指定部１０３：
設計パラメータ指定部１０３は、対象解析モデルデータファイル１０６を指定する対象形状モデル入力部１０２と、対象形状モデル１０６ａに対して設計パラメータを複数指定し、指定した設計パラメータを対象形状モデル１０６ａのモデル表現パラメータデータ
１０６１と関連付けて設計パラメータデータ１０６２として登録する。

使用者は設計パラメータとして、形状モデル１０６ａの面または線または点、またはこれらの組合せを、画面表示された形状モデル１０６ａから指定する。形状モデル１０６ａがメッシュモデルの場合に、メッシュモデルの外表面に平面や円筒面，直線等の幾何的な特徴があればこれらを予め探し出し、幾何的特徴単位で形状要素化する。この幾何的特徴を有する形状要素を、形状モデル表示画面から指定する。

指定された設計パラメータとして指定した形状要素から、同一の形状要素を参照しているモデル表現パラメータデータを抽出する。同一の形状要素を参照しているモデル表現パラメータデータが無いときには、新たな設計パラメータを定義してモデル表現パラメータデータに追加する。このままでは過剰定義になるので、過剰定義となったモデル表現パラメータの中から１個を削除する。ここで、過剰定義とは、ＣＡＤで用いられる用語で、寸法が複数定義されていて、冗長になっている場合を指す。同一の形状要素を参照しているモデル表現パラメータデータまたは追加した設計パラメータを、設計パラメータとして設計パラメータデータ１０６２に登録する。
（３）設計パラメータ表示部１０４：
設計パラメータ表示部は、入出力装置１０１のディスプレイ１０１ｃに、設計パラメータを表示する。この表示画面４００の例を、図４に示す。表示画面４００は、設計パラメータと形状モデルとを同時に表示する。左側の設計パラメータ表示画面４０１には、設計パラメータの一覧が表示されており、右側の形状モデル表示画面４０２には形状モデル
１０６ａと設計パラメータが表示されている。図４では、設計パラメータとして、距離１，２における距離２０mm，５mmが指定されており、形状モデル１０６ａは穴が開いたＴ字状部材である。
（４）設計パラメータ変更部１０５：
図４に示した設計パラメータ表示画面４０１において、変更したい設計パラメータを選択するか、または形状モデル表示画面４０２において設計パラメータを選択したら、変更後のパラメータを入力する。設計パラメータ変更部１０５は、変更後のパラメータをモデル表現パラメータデータ１０６１に反映する。さらに、モデル表現パラメータデータ1061に基づいて、形状モデル１０６ａを変形させる。
（５）中間成果登録部：
中間成果登録部２０１では、中間成果を登録する。入出力装置１０１のディスプレイ
１０１ｃに表示される、中間成果登録用の操作画面の例を図５に示す。図４に示した表示画面４００に、中間成果名称入力フィールド５０１１および中間成果設計資料指定フィールド５０１２のフィールドが、重ねて表示されている。さらに、設計パラメータ表示画面４０１の下端部に、オリジナルの形状であることを示す「元形状」のタブ５０１５が表示される。中間成果名称入力フィールド５０１１に、中間成果の登録名を入力する。必要に応じて関連する設計資料のファイル名称を、中間成果設計資料指定フィールド５０１２に入力する。この状態で中間成果登録ボタン５０１３を押せば、現在の設計パラメータが新たな中間成果データ２０２として、設計資料指定フィールド５０１２に入力された設計資料ファイル２０２１と関連付けて登録される。

登録されると、操作画面５０２が表示される。操作画面５０２では、設計パラメータ表示画面４０１の下部に登録された設計資料ファイルへのリンク５０２３を示す「関連資料解析基準.doc」が、さらにその下部に中間成果の名称である「強度解析１」のタブが表示される。中間成果が出るたびに中間成果登録部を実行して、複数の中間成果を設計資料と関連付けて登録する。
（Ｂ） 形状モデル１０６ａの変形方法：
対象形状モデルを検索して、その形状モデルを変形させる方法を、以下に説明する。図２に示した対象解析モデルデータファイル１０６から、対象形状モデルファイルを指定する。図６に示したＣＡＤモデルデータファイル６０１１が、指定されたものとする。図６は、形状モデル６０１１を入出力装置１０１のディスプレイ１０１ｃ画面に表示した例である。操作画面６０１の左側には設計パラメータ表示画面４０１が、右側には形状モデル６０１１が斜視図で示されている。形状モデル６０１１は、中央部に突起部がある直方体の形状で、突起部と直方体の双方を孔が貫通している。この形状モデル６０１１のモデル表現パラメータデータは、下表で表される。

本形状モデルでは、モデル表現パラメータデータが２１個もある。従来は、ここから必要な設計パラメータを、ほとんど手作業で選択していた。この不便さを解消するために、設計の自動化を図っている。初に、設計パラメータとする対象の形状要素を選択する。ここでは面６０１ａと面６０１ｂの距離及び面６０１ｃの直径を設計パラメータに選択する。使用者が、面６０１ａと面６０１ｂ、面６０１ｃを形状モデル表示画面から選択すると、面６０１ａと面６０１ｂ、面６０１ｃを参照しているモデル表現パラメータデータが抽出される。

ここで、面６０１ａと面６０１ｂは、ともに一致するモデル表現パラメータデータを有しているので、設計パラメータデータとして一致するモデル表現パラメータを登録する。具体的には「面６０１ａと面６０１ｂの距離が２０mm」と登録する。面６０１ｃは合致するモデル表現パラメータデータが無いので、新たなモデル表現パラメータデータ「面601cの直径が５mm」を登録する。この状態では過剰定義であるから、過剰定義モデル表現パラメータの中の１個を削除する。具体的には、「面６０１ｃと面６０１ｈの距離が７.５mm」は過剰定義であるから削除する。さらに、追加したモデル表現パラメータデータ「面
６０１ｃの直径が５mm」を、設計パラメータデータとして登録する。この結果、設計パラメータ表示画面４０１が画面６０１のように表示される。

設計パラメータのパラメータを変更する必要が生じると、使用者は画面６０２で示すように形状モデルを変化させる。すなわち、「面６０１ａと面６０１ｂの距離を２０mmから２５mm」に、「面６０１ｃの直径を５mmから７mm」にそれぞれ変更している。従来では多数のモデル表現パラメータの中から設計パラメータを選択する必要があり、煩雑であったものが、本実施例によれば、対象形状要素を選択するだけで設計パラメータを設定できる。さらに、使用者が指示した設計パラメータだけを表示しているので、整理された設計パラメータから変形操作を実施できる。
（Ｃ） 形状モデルの変形
図４に示した形状モデル１０６ａを変形させる例を、図７を用いて説明する。初に、図２に示した対象解析モデルデータファイル１０６から、メッシュモデルデータファイを指定する。すると、表示画面７０１が入出力装置１０１のディスプレイ１０１ｃに表示される。表示画面７０１の設計パラメータ表示画面４０１には、変形前形状であることを表示する「元形状」のタブ７０１２が表示されている。形状モデル表示画面４０２には、メッシュモデル７００が表示されている。メッシュモデル７００は、面７０１ａ〜７０１ｋの１２個の形状要素にグルーピングされる。また、軸として軸７０１ｌが定義されている。メッシュモデル７００のモデル表現パラメータデータは、下表で表される。

モデル表現パラメータデータは、２３個ある。設計パラメータとする対象の形状要素を選択する。本実施例では、面７０１ｂと面７０１ｊの距離および面７０７ｅと面７０７ｇの距離を設計パラメータとしている。面７０１ｂと面７０１ｊ、面７０７ｅと面７０７ｇを順次選択されると、面７０１ｂと面７０１ｊ、面７０７ｅと面７０７ｇを参照しているモデル表現パラメータデータを抽出する。

ここで、面７０１ｂと面７０１ｊはともに一致するモデル表現パラメータデータを有しているので、この一致するモデル表現パラメータデータを設計パラメータデータとして登録する。具体的には「面７０１ｂと面７０１ｊの距離が５mm」と登録する。面７０１ｅと面７０１ｇは合致するモデル表現パラメータデータがないので、新たに「面７０１ｅと面７０１ｇの距離が２０mm」というモデル表現パラメータデータを登録する。

この状態では過剰な定義であるから、過剰定義モデル表現パラメータの中の１個を削除する。具体的には、過剰定義モデル表現パラメータ「面７０１ｇと面７０１ｊの距離が
７.５mm 」を削除する。追加したモデル表現パラメータ「面７０１ｅと面７０１ｇの距離が２０mm」を、設計パラメータデータとして登録する。

以上の操作により、設計パラメータ表示画面４０１は、操作画面７０２のように更新される。設計変更の要求があれば、設計パラメータのパラメータを変更する。ここでは、
「面７０１ｂと面７０１ｊの距離が７mm」、「面７０１ｅと面７０１ｇの距離が２５mm」に変更する。その結果、形状モデル７００は形状モデル７００ｂに変形される。
（Ｄ） 形状モデルの変形例
図４に示した形状モデルを変形し、各種解析を交えながら最終形状を決定する様子を、図８を用いて説明する。操作画面８０１では、「元形状」のタブ５０１５が設計パラメータ表示画面４０１下部に表示されている。形状モデル表示画面４０２には、メッシュモデル８００が表示されている。メッシュモデルは上述実施例と同様に、対象解析モデルデータファイル１０６から選択される。メッシュモデル８００は、面８０１ａ〜８０１ｋの
１１個の形状要素にグルーピングされる。また、軸として軸８０１ｌが定義されている。

設計パラメータを、選択する。具体的には、第１の設計パラメータ８０１１（「面801eと面８０１ｇの距離が２０mm」），第２の設計パラメータ８０１２（「面８０１ｂと面
８０１ｊの距離が５mm」）を設定する。次に設計変更の要求に応じて、設計パラメータを変更する。具体的には、第１の設計パラメータ８０１１を２５mm、第２の設計パラメータ８０１２を７mmに変更する。

この操作により、画面８０１に示した形状モデル８００が、画面８０２に示した形状モデル８００ｂに変形する。変形された形状モデル８００ｂについて、強度解析する。強度解析の結果、最大主応力が５０ＭＰａであり応力が過多であるから、強度解析結果を関連設計資料８０２３に「強度解析結果１.doc」として保存する。この「強度解析結果１.doc」を中間成果登録画面５０１において、「強度１」と名称付けて設計資料と関連付ける。この結果、設計パラメータ表示画面４０１には、「強度１」の新しいタブ８０２１が作成される。それとともに、設計資料「強度解析結果１.doc」へのリンク８０２２が表示される（８０２２）。

最大主応力が設定値より大であるから、第２の設計パラメータ８０１２を６mmに変更する。その結果、形状モデル８００ｂは、画面８０３に示された形状モデル８００ｃに変化する。この形状モデル８００ｃについて、強度解析を実行する。解析の結果、最大主応力が３０ＭＰａまで低減しており許容応力以下であるから、この強度解析結果資料８０３３を「強度解析結果２.doc」と名付ける。

中間成果登録画面５０１において、「強度２」という名称で「強度解析結果２.doc」を設計資料と関連付ける。この結果、設計パラメータ表示画面４０１には、「強度２」の新しいタブ８０３１が作成される。それとともに設計資料「強度解析結果２.doc」へのリンク８０３２が表示される。

強度条件を満足するので、「強度２」の形状モデル８００ｃを用いて、固有値解析をする。固有値解析では、強度解析のときには必要であっても、経験上不要な条件がある。そのような条件が設計資料に含められている。本実施例では、「径が５mm以下のフィレット、穴は解析精度から不要である」という「固有値解析基準.doc」の設計資料８０４３が既に定められている。そこで、小径のフィレットや穴を形状モデル８００ｃから削除する。

小径の孔やフィレットが削除された形状モデル８０３ｄが、画面８０４に示される。この画面８０４では、フィレット削除と穴削除のパラメータを設計パラメータとして登録したことを、設計パラメータ表示画面４０１に表示している。形状モデル８００ｄに対して固有値解析した結果、１次固有値が１３００Ｈｚであった。この演算結果は、固有値仕様を満足しているので、固有値解析結果資料８０４４として「固有値解析結果１.doc」を作成する。

中間成果登録画面５０１において、「固有値１」という名称で「固有値解析基準.doc」の資料８０４３と「固有値解析結果１.doc」の資料８０４４を設計資料と関連付ける。この結果、設計パラメータ表示画面４０１には、「固有値１」の新しいタブ８０４１が作成される。それとともに、設計資料「固有値解析基準.doc」と「固有値解析結果１.doc」へのリンク８０４２が表示される。

上記各実施例によれば、各種の中間成果を設計パラメータおよび設計資料と関連付けて登録したので、担当者以外の第３者が設計過程をトレースすることができる。また、何故このような形状にしたか、その結果どうなったか等を容易に判断することができる。

本発明に係る形状モデル作成装置の一実施例のブロック図。 本発明に係る形状モデル作成装置の一実施例のブロック図。 図１，図２に示した形状モデル作成装置の操作画面の一例を示す図。 図１，図２に示した形状モデル作成装置の表示画面の一例を示す図。 図１，図２に示した形状モデル作成装置の表示画面の他の例を示す図。 図１，図２に示した形状モデル作成装置の表示画面のさらに他の例を示す図。 図１，図２に示した形状モデル作成生成装置の表示画面のさらに他の例を示す図。 本発明に係る形状モデル作成方法を説明する図。

符号の説明

１００…形状モデル作成装置、１０１…入出力装置、１０１ｃ…ディスプレイ（モニタ装置）、１０２…対象形状モデル入力部、１０３…設計パラメータ指定部、１０４…設計パラメータ表示部、１０５…設計パラメータ変更部、１０６…対象解析モデルデータファイル、１０６ａ，６００，６００ｂ，７００，７００ｂ，８００〜８００ｄ…形状（メッシュ）モデル、２０１…中間成果登録部、２０２…中間成果データ、４００…画面、401…設計パラメータ表示画面、４０２…形状モデル表示画面、５０１１…中間成果名称入力フィールド、５０１２…中間成果設計資料指定フィールド、５０１５…タブ、５０２３…リンク。

Claims (7)

1. 対象物を複数の表現パラメータを用いて記述した元の形状モデルに対して、この元の形状モデルを部分的に変更して新規の形状モデルを作成する形状モデル作成装置において、
   前記元の形状モデルを入力する入力部と、前記複数の表現パラメータから操作者が選択した表現パラメータを設計パラメータとして指定する設計パラメータ指定部と、この設計パラメータ指定部で指定された設計パラメータを変更する手段と、変更した設計パラメータにより形成される新規の形状モデルに関する解析結果をこの新規の形状モデルに関連付けて記憶し履歴データとして保存する中間成果登録部と、この履歴データの関連付けと新規の形状モデルとを同一の画面に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする形状モデルの作成装置。
2. 前記表示手段は、設計パラメータ表示画面と形状モデル表示画面とを有することを特徴とする請求項１に記載の形状モデル作成装置。
3. 前記入力部から入力された形状モデルを格納する対象解析モデルデータファイルを有し、この対象解析モデルデータファイルは、対象物をメッシュデータで記述したメッシュモデルを有することを特徴とする請求項１に記載の形状モデル作成装置。
4. 前記中間成果登録部は、前記対象解析モデルデータファイルに設計パラメータデータをこの設計パラメータデータを用いた解析結果である設計資料ファイルと関連付けて中間成果データとして登録することを特徴とする請求項３に記載の形状モデル作成装置。
5. 対象物を複数の形状要素で記述した形状モデルを表現する各パラメータに対して、操作者が選択した形状要素に関連する前記表現パラメータを設計パラメータとして抽出する手段と、この設計パラメータを登録する手段と、この設計パラメータを表示する手段とを有することを特徴とする形状モデル作成装置。
6. 前記登録された設計パラメータを編集する手段と、この設計パラメータにしたがって形状モデルを変形する手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の形状モデル作成装置。
7. 前記設計パラメータ編集手段が編集した複数の設計パラメータと、編集後の設計パラメータに関連付けた関連設計資料データを登録する中間成果登録手段と、この中間成果登録手段が登録した設計パラメータおよび関連設計資料データを参照する手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の形状モデル作成装置。
   

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