JP2007233585A - 設計支援方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】１部品であっても機能部位単位にコンカレントに設計を進め、設計の進捗具合を形状情報で確認できる設計支援システムを提供する。
【解決手段】設計支援方法およびシステム１において、１部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を形状編集された後に接続可能になるような分割基準情報を付与して分割する設計形状部位分割手段３と、前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持する設計機能属性情報保持手段４と、前記設計形状部位が形状編集された後に接続対象となる設計形状部位との間について前記分割基準情報を利用して接続処理を行い１部品の形状モデルとして形状データを保存する設計形状部位間接続手段５とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械製品等の設計支援方法およびそのシステムにおいて、製品の形状データに対する流用性を向上させ設計実績を有効利用する設計支援方法およびシステムに関する。

機械製品などの形状設計を行う設計者を支援する従来のＣＡＤ（Computer Aided
Design）システムにおいては、製品の幾何的な形状を表す形状データを２次元図面や３次元モデルで表現することができ、他の関連部品の設計者や様々な解析を行う解析担当者、製造担当者や検査担当者に対して製品形状を伝達することができる。

〔特許文献１〕製品設計においては、新規開発製品を除き、大抵の場合、過去に設計し製造した実績のある製品を顧客仕様に基づき改良した形状設計、いわゆる流用設計を行うことが少なくない。実績のある製品を改良することによって、流用する部分の形状設計や製造検証をある程度省くことにより、生産コストの低減を図ることが出来るためである。設計者は、流用する形状部分との繋ぎを考慮したうえで新規設計する形状部分の設計に重点をおき、より集中して効率良く設計作業に従事することが出来る。

〔特許文献１〕従来のＣＡＤシステムでは、前述した流用設計を行おうとした場合、部品単位の流用形状設計の範囲内や、１部品の形状設計においては、過去に設計したパラメトリックな設計履歴による形状変形の制約範囲内でしか行えず、制約範囲外で類似部品の設計を行うためには、１から部品の形状データを作成し直す必要や、設計形状を何らかの方法で、設計作業単位に分割する必要があった。

例えば、〔特許文献１〕には、金型設計作業において、成形品３次元モデルを任意の位置でかつ任意の数に分割して子モデルを作成し、それぞれを同時並行して設計を行い、集合合体させることを特長とする技術が示されている。

また、〔特許文献２〕には、３次元モデルを形状認識し、認識の結果から加工単位（Ｒ、リブ、シボ加工等）にモデルを分割し、分割要素ごとに加工工程データベースから最適な加工要件を決定する技術が示されている。

特開平２００１−１０１２４６号 特開２００３−９９４８２号

〔特許文献１〕の技術では、分割した子モデル間の共通形状に対しては形状編集できないようにする制約があり、前記共通形状を変更しない範囲においてしか設計変更ができず、仮に分割後に前記共通形状を形状編集してしまうと、分割形状を別々に設計した後に集合合体できなくなるという問題がある。また、〔特許文献１〕の技術では、成形品金型のための分割で成形加工の単位となる形状部位での分割を前提としており、任意の製品機能単位や解析単位、または、切削加工単位に分割することが困難であるため、製品の計画設計や詳細設計において任意の製品機能単位や解析単位に形状設計を流用することや複数の機能単位や解析単位を別々に同時並行的に形状設計作業を進められないという問題がある。さらに〔特許文献１〕の技術では、分割した形状部位単位が、それぞれ完成した状態で初めて集合合体できるため、各部位の設計進捗状態を形状データで確認できないという問題がある。

〔特許文献２〕の技術では、分割できる単位はＲ（角丸め）やリブといった加工単位に限られており、任意の製品機能単位や解析単位に分割できないため、製品の計画設計や詳細設計において任意の製品機能単位や解析単位に形状設計を流用することや複数の機能単位や解析単位を別々に同時並行的に形状設計するということが困難という問題がある。

本発明の目的は、上述した問題点を克服し、製品形状モデルを任意の機能単位、解析単位、製造単位に任意に分割し、それらの単位ごとに流用設計を行え、別々に形状設計を進め、設計途中であっても設計の進捗状態が確認することのできる設計支援方法およびシステムを提供することにある。

また、上記課題を達成するために本発明は設計支援方法において、１部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を形状編集された後に接続可能になるような分割基準情報を付与して分割すること、前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持すること、前記設計形状部位が形状編集された後に接続対象となる設計形状部位との間について前記分割基準情報を利用して接続処理を行い１部品の形状モデルとして形状データを保存することを特徴とするものである。

また、上記課題を達成するために本発明は設計支援システムにおいて、１部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を形状編集された後に接続可能になるような分割基準情報を付与して分割する設計形状部位分割手段と、前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持する設計機能属性情報保持手段と、前記設計形状部位が形状編集された後に接続対象となる設計形状部位との間について前記分割基準情報を利用して接続処理を行い１部品の形状モデルとして形状データを保存する設計形状部位間接続手段とを備えることを特徴とするものである。

また、前記設計支援方法およびシステムにおいて、設計途中の状態にある接続対象となる複数の設計形状部位の形状データを１つの３次元モデル内で混在して同時に表示する設計形状複数部位同時表示手段を備えることを特徴とする。

また、前記設計支援方法およびシステムにおいて、前接続対象となる記設計形状部位との間に幾何的に不連続な部分があるかどうかを判定して表示する手段を備えることを特徴とする。

また、前記設計支援方法およびシステムにおいて、前接続対象となる記設計形状部位との間に生じた幾何的に不連続な部分を連続に接続する手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、実績のある製品の３次元モデルを任意の形状部位について分割基準情報を設定して流用部位と新規設計部位に分割して流用設計することができるので、流用する部分の形状設計や製造検証をある程度省くことにより、生産コストの低減を図ることが出来、設計者は、流用形状部分との繋ぎを考慮したうえで新規設計する形状部分の設計に重点をおき、より集中して効率良く設計作業に従事することが出来る。

また、流用設計における形状編集後の形状部位間の接続は、前記分割基準情報を基に接続して、形状面間のフィレット（面の角丸め）接続処理や面のフィッティング（面合わせ）処理を行うことによって、流用設計においても前記分割基準情報に従うことによって比較的自由な形状編集が行えることになる。

また、設計途中の設計部位を同時に表示することが出来るので、設計の進捗状態を形状データで確認することが出来る。

さらに、任意の機能単位や解析単位や製造単位に形状を分割して別々に設計することが出来るため、形状設計が出来た部分から、機能検討や製造検討が出来、解析や製造検討がコンカレントに行え、全体的な生産工期を短縮することが出来る。

〔実施例１〕
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の設計支援システムの一実施例を示す構成図である。

設計支援システム１は取り扱う全ての設計情報を記憶する設計情報記憶装置２、１部品の図面もしくは１部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を分割する設計形状部位分割手段３、前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持する設計機能属性情報保持手段４、前記設計形状部位が形状編集された後に、接続対象となる設計形状部位との間を幾何的な整合性をつけて接続し製品の１部品形状モデルとする設計形状部位間接続手段５、各データを入力するマウス６、キーボード７といった入力装置、設計形状を出力するディスプレイ８といった出力装置から構成される。

設計支援システム１において、図面もしくは３次元モデルの形状情報および設計機能の属性情報は、マウス６、キーボード７の入力装置により入力され、設計情報記憶装置２に記憶される。

図２に設計対象の例を示す。図２（ａ）に示すのは、１体成形の削り出しで加工される部品を表す３次元モデルである。この部品は主に２つの機能を持つ形状部位から構成されている。１つ目の機能を持つ形状部位は、配管を接続する横穴と縦穴を持つ配管接続部位２０１である。２つ目の機能を持つ形状部位は、前記配管接続部位を別の部品にボルトで取り付けるための取付部位２０２である。図２（ｂ）に示すのは、（ａ）の部品の配管接続部位２０１は同じ形状だが、取付部位をボルト取付から溶接取付部位２０３に変更しようと形状編集した３次元モデルである。ここで、（ｂ）に示す部品の設計形状情報を作成する場合、配管接続部位２０１の形状情報を流用することによって、より効率的に作成することが出来る。本発明では、このような１部品の形状情報を設計機能単位に相当する形状設計流用単位に分割し、効率良く形状設計を行う方法である。

図３に本実施例における１部品の形状情報を分割表示する１例を示す。分割表示は、部品の機能単位を表す形状情報をバウンダリボックス（境界直方体）で包含して分割表示する。図３（ａ）に部品をバウンダリボックスで分割表示する例を示す。前記配管接続部位２０１を包含するバウンダリボックス３０１と前記取付部位を包含するバウンダリボックス３０２を表示する。図３（ｂ）に分割した形状部位を表示した１例を示す。分割する際には、分割基準情報となる分割原点３０３と分割座標系３０４を設定し、これらに沿って分割基準面３０５と分割方向３０６を規定し、分割する形状部位の双方に対応付けて記憶、登録し、分割した形状部位同士を再接続する際の制約条件とする。分割した形状部位と対応付けて記憶、登録する分割原点３０７は３次元絶対座標系において、前記分割原点３０３と同一点とする。分割した形状部位と対応付けて登録する分割座標系３０８と、分割した形状部位と対応付けて記憶、登録する分割基準面３０９が示されている。

図４に本実施例における分割後に形状編集した形状部位を再接続する１例を示す。図４（ａ）は、分割後のバウンダリボックスを表示したもので、分割基準情報４０１（分割原点および分割座標系および分割基準面）と共に形状編集の参照とすることができる。図４（ｂ）に示す形状部位４０３は、分割基準情報４０２（前記分割原点および分割座標軸）を基準として、かつバウンダリボックスの各面を参照面として形状編集した形状部位である。形状編集は前記分割原点および分割座標軸に沿って前記分割基準面および分割方向を制約条件とする範囲において、ＣＡＤの形状編集機能を利用して、自由に行って良いものとする。この際、バウンダリボックスを構成する各面はあくまで参照面の扱いであって、バウンダリボックス内に編集した形状を納める必要はない。図４（ｃ）は、形状編集後の形状部位同士について分割基準面４０４を合わせて接続した１例である。図４（ｄ）は、取付部位を板状の形状から取付対象部品の穴へ嵌め合ようような形式の円筒形状に大幅に変更し、接続境界が元の形状とは変更された例を示す。本実施例では、このように接続境界が元の形状とは変更された場合にも、図４（ｄ）の４０５に設定してある分割基準情報に基づき接続することによって流用部分を有効に活用した形状設計が行える。

図５に本実施例における概略・詳細形状の混在表示の１例を示す。本実施例では、流用設計する対象の３次元モデルの形状部位が設計途中であっても、複数の形状部位を同時に表示することができる。図５（ａ）は、図１（ａ）に示した配管接続部位２０１を詳細形状として表示し、同図に示した取付部位２０２を概略形状として表示したものである。図５（ｂ）は、配管接続部位２０１を概略形状として表示し、取付部位２０２を詳細形状として表示したものである。それぞれ、概略形状は半透明のボックス表示や詳細形状とは区別した表示色での表示やワイヤーフレーム稜線の色や線種や線太さを区別した表示をすることも可能とする。

以下、本実施例における各処理の具体的な処理の流れについてフロー図を用いて説明する。

図６に本実施例における設計形状部位分割手段の処理フローを示す。図１に示す設計支援システム１において、設計者は、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、まず、分割基準情報の付与（Ｓ６０１）を行う。続いて形状編集対象の面集合の特定（Ｓ６０２）を行い、分割部位のバウンダリボックスの決定（Ｓ６０３）を行う。最後にバウンダリボックスによる形状部位の分割（Ｓ６０４）を行う。

図７に分割基準情報の付与（Ｓ６０１）の処理の流れをさらに詳細化した処理フローを示す。設計者が、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、前記設計情報の付与処理では、まず、分割原点の入力（Ｓ７０１）を行い、分割座標系の設定（Ｓ７０２）を行う。前記分割座標系の設定は、前記分割原点と座標系の２軸を指定する等の方法で設定する。続いて、分割基準面の設定（Ｓ７０３）を行う。分割基準面は、前記分割原点および分割座標系における平面を特定する３点位置の指定等により任意の無限平面を設定する方法か、対象形状に属する任意の面を指定して設定する方法をとる。前記分割原点および分割座標系に加え、分割基準面を任意の無限平面あるいは対象形状に属する任意の面とすることによって、対象形状を任意の形状部位に分割することが可能になる。さらに、分割方向の設定（Ｓ７０４）を行う。分割方向の設定では、前記分割座標系の座標軸を指定することで設定する方法をとる。設定された分割原点および分割座標系および分割基準面および分割方向は、分割後の形状部位双方の形状データに対応付けて設計情報記憶装置２に記憶、登録する。

図８に前記形状編集対象（面集合）の特定（Ｓ６０２）の処理の流れをさらに詳細化した処理フローを示す。設計者が、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、前記形状編集対象（面集合）の特定処理では、まず、形状編集対象部位の面集合の設定（Ｓ８０１）を行う。設定された面集合の過不足を設計者に伺い（Ｓ８０２）、過不足ある場合は、面集合を補正するよう設計者に入力を促す（Ｓ８０３）。その後、面集合の過不足を設計者に伺い（Ｓ８０４）、面集合に過不足がなくなるまで、面集合を補正する処理を繰り返す。前記面集合の過不足が無い場合は、形状編集対象部位面集合の決定（Ｓ８０５）を行う。

図９に前記分割部位バウンダリボックスの決定（Ｓ６０３）の処理の流れをさらに詳細化した処理フローを示す。設計者が、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、前記分割部位バウンダリボックスの決定処理では、まず、前記形状編集対象の特定（Ｓ６０２）の処理で決定された面集合の形状データを前記分割基準情報の付与（Ｓ６０１）で決定された前記分割座標系に投影（Ｓ９０１）し、当該分割座標系における各座標軸成分の最大値と最小値を求める（Ｓ９０２）。各座標軸成分の最大値で決定される頂点と最小値で決定される頂点を対角線とする直方体としてバウンダリボックスを決定する（Ｓ９０３）。

図１０に前記バウンダリボックスによる形状部位の分割（Ｓ６０４）の処理の流れをさらに詳細化した処理フローを示す。設計者が、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、前記バウンダリボックスによる形状部位の分割処理では、まず、前記分割面の設定（Ｓ７０３）で設定された分割面とバウンダリボックスに囲まれる分割領域を特定する（Ｓ１００１）。分割領域は空間を分割面とバウンダリボックスを構成する面で区切られる領域であり、領域を埋める立体と考える。これを分割領域立体と定義する。続いて、部品形状のコピー形状立体を作成する（Ｓ１００２）。作成されたコピー形状立体と前記分割領域立体の立体積演算を行う（Ｓ１００３）。その後、分割部位の特定（Ｓ１００４）を行う。分割部位の特定は、前記のコピー形状立体と分割領域立体の立体積演算で分割領域立体内に形状設計対象部位以外の形状が取り込まれたときに、その中から前記形状設計対象部位面集合に合致する形状設計対象部位のみを特定する。最後に、特定された分割形状部位を設計情報記憶装置２に記憶、登録する（Ｓ１００５）。このとき、分割に使用したバウンダリボックスを構成する面と分割面の情報を対応付けて記憶、登録しておく。

図１１に本実施例における設計機能属性情報保持手段４の処理フローを示す。図１に示す設計支援システム１において、設計者は、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、まず、設計機能属性情報を付与する形状部位の特定（Ｓ１１０１）を行う。続いて、形状部位に対して属性名称の設定（Ｓ１１０２）を行う。属性名称は、例えば、「機能名」や解析に関する「解析種別」または製造に関する「工程種別」の属性情報のインデックスとなる名称を設定しても良い。続いて、属性名称に対応する属性内容の設定（Ｓ１１０３）を行う。属性内容は、前記属性名称が例えば「機能名」であれば、「配管接続部位」や「取付部位」といった機能を表す内容を設定する。属性名称と属性内容は、任意の数だけ設定するものとする。最後に設定された属性情報を設計情報記憶装置２に記憶、登録する（Ｓ１１０４）。

図１２に本実施例における設計形状部位間接続手段５の処理フローを示す。図１に示す設計支援システム１において、設計者は、マウス６、キーボード７といった入力装置により入力して設計情報記憶装置２に記憶された形状設計の対象となる形状情報に対して、ディスプレイ８といった出力装置に表示された形状を確認しながら、必要な情報を入力することによって、まず、接続対象部位の特定（Ｓ１２０１）を行う。接続対象部位の特定は、設計者が接続元の形状情報に対して表示されているバウンダリボックスの部分を指示することによって行う。続いて、接続対象部位の読み込み（Ｓ１２０２）を行う。指示された前記バウンダリボックスに対応する接続対象部位の形状情報を分割原点および分割座標系に沿った位置関係に配置して読み込む。続いて、接続対象部位間の接続（Ｓ１２０３）を行う。接続対象部位の形状編集が完了しておらず、途中の段階でも、分割原点および分割座標系に沿った位置関係に接続対象部位の形状情報を読み込み、同一空間内で同時表示する。形状編集途中の段階では、設計者が接続対処部位に対して、設計進捗完了フラグをＯＮ／ＯＦＦで設定し、設計完了フラグがＯＮの場合には、接続対象部位の部位形状のみを表示して接続元の形状情報と接続対象部位の立体集合演算を行う。設計完了フラグがＯＦＦの場合には、接続対象部位の部位形状と対応するバウンダリボックスと合わせてディスプレイ８に表示させる。これにより、設計者が設計の進捗状態を目で見て確認することが可能である。続いて、接続対象部位間の連続性の判定（Ｓ１２０４）を行う。ここでは、接続元の形状情報に対して立体集合演算した接続対象形状部位間の面同士が、連続であるかどうかを判定する。連続性は、接続元の境界面と接続対象形状部位間の境界面の境界上での法線ベクトルの方向の同一方向性を見ることにより、法線ベクトルがずれている場合は、不連続と判定する（Ｓ１２０５）。不連続と判定した場合は、設計者への不連続面の告知および不連続面間のフィッティング（Ｓ１２０６）を行う。不連続面間のフィッティングでは、面と面の間にフィレットを貼ることや片方の面をもう片方の面に合わせるよう面のオフセットを行う。最後に接続した形状情報を設計情報記憶装置２に記憶、登録する（Ｓ１２０７）。

３次元モデルの形状編集を扱えるＣＡＤの方法、又はＣＡＤシステムに本発明を利用することで、１部品の形状設計を機能単位に分割して行うことが出来るため、出来上がった単位ごとに設計検討や解析検討もしくは製造検討を行って全体的な製品生産工数を削減することが出来る。

またこれにより、１部品の形状設計において、機能単位の形状部位ごとに設計の進捗を確認することが実現出来る。

本発明の一実施例における設計支援システムの構成図。 （ａ）製品３次元モデルの設計変更前の状態を示す説明図、（ｂ）製品３次元モデルの設計変更後の状態を示す説明図。 （ａ）製品３次元モデルを機能部位ごとに表示した例を示す説明図、（ｂ）（ｃ）製品３次元モデルを機能部位に分割した例を示す説明図。 （ａ）機能部位のバウンダリボックスを示す説明図、（ｂ）機能部位の編集後の状態を示す説明図、（ｃ）編集後の機能部位を接続した状態を示す説明図、（ｄ）編集後の接続境界の形状が元とは異なる状態を示す説明図。 （ａ）詳細形状と概略形状の混在表示の例を示す説明図、（ｂ）詳細形状と概略形状の混在表示の例を示す説明図。 一実施例による設計形状部位分割手段の処理フロー図。 一実施例による分割基準情報の付与の処理フロー図。 一実施例による形状編集対象の特定の処理フロー図。 一実施例による分割部位バウンダリボックス決定の処理フロー図。 一実施例によるバウンダリボックスによる形状部位分割の処理フロー図。 一実施例による設計機能属性情報保持手段の処理フロー図。 一実施例による設計形状部位間接続手段の処理フロー図。

符号の説明

１…設計支援システム、２…設計情報記憶装置、３…設計形状部位分割手段、４…設計機能属性情報保持手段、５…設計形状部位間接続手段、６…マウス、７…キーボード、８…ディスプレイ。

Claims (8)

1. １部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を形状編集された後に接続可能になるような分割基準情報を付与して分割すること、
   前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持すること、
   前記設計形状部位が形状編集された後に接続対象となる設計形状部位との間について前記分割基準情報を利用して接続処理を行い１部品の形状モデルとして形状データを保存することを特徴とする設計支援方法。
2. 請求項１記載の設計支援方法であって、
   設計途中の状態にある接続対象となる複数の設計形状部位の形状データを１つの３次元モデル内で混在して同時に表示することを特徴とする設計支援方法。
3. 請求項１記載あるいは請求項２の設計支援方法であって、
   前接続対象となる記設計形状部位との間に幾何的に不連続な部分があるかどうかを判定して表示することを特徴とする設計支援方法。
4. 請求項１から請求項３のうちの１つの設計支援方法であって、
   前接続対象となる記設計形状部位との間に生じた幾何的に不連続な部分を連続に接続する手段を備えることを特徴とする設計製造支援方法。
5. １部品の３次元モデルの形状データから形状編集対象となる設計形状部位を形状編集された後に接続可能になるような分割基準情報を付与して分割する設計形状部位分割手段と、
   前記分割した設計形状部位に対応する設計機能の属性情報を保持する設計機能属性情報保持手段と、
   前記設計形状部位が形状編集された後に接続対象となる設計形状部位との間について前記分割基準情報を利用して接続処理を行い１部品の形状モデルとして形状データを保存する設計形状部位間接続手段とを備えることを特徴とする設計支援システム。
6. 請求項５記載の設計支援システムであって、
   設計途中の状態にある接続対象となる複数の設計形状部位の形状データを１つの３次元モデル内で混在して同時に表示する設計形状複数部位同時表示手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
7. 請求項５あるいは請求項６記載の設計支援システムであって、
   前接続対象となる記設計形状部位との間に幾何的に不連続な部分があるかどうかを判定して表示する手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
8. 請求項５から請求項７のうちの１つの設計支援システムであって、
   前接続対象となる記設計形状部位との間に生じた幾何的に不連続な部分を連続に接続する手段を備えることを特徴とする設計支援システム。
   

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