JP2007299075A - 設計支援装置および設計支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＡＤ装置を用いた製品設計における設計検証において、部品間の干渉があるとき、その干渉の回避のために有用な情報を利用者に与え、効率的な干渉回避作業を可能にする設計支援装置、および設計支援方法を提供する。
【解決手段】 設計支援装置１は、入力制御部１２によって、移動しようとする１または複数の移動対象部品が指定されるともに、その移動先の位置データが入力される。また、干渉判定部１３によって、指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較して、各部品間の干渉の有無が判定される。この判定結果に基づいて、干渉量算出部１４によって、干渉箇所数、干渉領域の大きさ、および設計変更指数が干渉量として算出され、出力装置に出力される。
利用者は、出力された干渉量を参照して、干渉回避を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＡＤ装置を用いた製品設計において、部品同士が干渉している場合の干渉回避を支援することを目的とした設計支援装置および設計支援方法に関する。

製品の設計作業は、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置を用いて行われることが多い。３次元ＣＡＤ装置は、製品の形状、それらの内装と外装のレイアウト、製品を構成する部品の形状、およびその部品の取り付け位置などを、３次元の直交座標系におけるデータとして定義することによって、製品に関連する３次元の形状の設計を支援する装置である。

３次元ＣＡＤ装置を用いた設計では、製品設計後に設計作業によって作成された３次元データの検証作業が行われる。製品を構成する各部品が他の部品と重なり合って配置されている場合、すなわち、部品同士が干渉している場合のチェックも、この検証作業の一環として行われる。通常、部品同士の干渉チェックでは、コンピュータが３次元の設計データから不具合となる箇所を自動的に抽出する。

一方、干渉チェックによって抽出された不具合を修正する作業は、利用者がディスプレイ装置などの表示装置に表示された部品の形状を目視で確認することによって行われる。利用者の判断によって、干渉している部品の移動、および干渉している部品の形状の変更などが行われ、干渉が回避される。自動的な干渉回避方法が、特許文献１に記載されているが、移動先または複写先に障害物が配置されているときに配置変更によって干渉回避を行う場合のような、簡単な場合に限られる。

特許第３３４７９９７号公報

しかしながら、干渉回避を利用者がディスプレイ装置などの表示装置を用いて目視確認のみによって行うのは容易でない。たとえば３０００点以上の部品から構成される複写機などのように、多くの部品や複雑な構造を持った製品の設計の初期段階では数十箇所から数百箇所で干渉を生じる場合があるからである。このような複雑な製品の３次元設計データをディスプレイ装置に表示させると、干渉している箇所が他の部品の陰になることが多く、ディスプレイ装置による目視確認のみによって複数の部品を動かして干渉を回避することは困難である。また、数十箇所から数百箇所で干渉している場合には、多くの干渉回避方法を試して最適の方法を見出す必要があるため、干渉回避作業には膨大な時間を要する。

さらに、最適な干渉回避方法を選択するためには、設計変更に要する工数（標準作業時間×人数）およびコストの検討、ならびに部品の組み立て手順などの製造工程の検討を行う必要がある。たとえば、部品形状を修正して干渉を回避する場合には、新たに設計された部品であれば形状の修正は容易であるが、すでに設計された部品を使うとき、または市販の部品を利用するときには、形状修正にコストおよび時間がかかるため困難である。また、部品の移動によって干渉を回避する場合、たとえば、機械的に他の部品と連動している部品を移動するような場合は、基本設計にまで立ち戻る必要があるため困難であるが、機能的に独立した部品を移動することは容易である。

このように、干渉回避作業には設計変更に伴う工数およびコストを考慮する必要があるが、それをどのようにコンピュータによって支援するかについてはほとんど検討されていない。たとえば、引用文献１では作業時間およびコストの実際的な問題が全く考慮されていない。本発明は、このような状況を鑑みてなされたものである。

本発明の目的は、ＣＡＤ装置を用いた製品設計後の設計検証において、部品間の干渉があるときに、その干渉の回避のために有用な情報を利用者に与え、効率的な干渉回避作業を可能にする設計支援装置、および設計支援方法を提供することである。

本発明は、複数の部品の形状データおよび位置データが記憶される記憶手段と、
前記各部品のうちで移動しようとする１または複数の移動対象部品に関する移動対象部品データおよび前記移動対象部品データによって指定された部品の移動先の位置データを入力するための入力手段と、
入力手段によって指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較して、各部品間の干渉の有無を判定する判定手段と、
判定手段による判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を算出する干渉量算出手段と、
干渉量算出手段によって算出された算出結果を出力する出力手段とを含むことを特徴とする設計支援装置である。

また本発明は、前記記憶手段には、各部品の形状および配置のうち少なくとも一方の変更の難易度を示すパラメータが各部品毎に記憶され、
前記干渉量算出手段は、前記パラメータに基づいて設計変更指数を算出し、
前記出力手段は、前記干渉量算出手段によって算出された設計変更指数を出力することを特徴とする。

また本発明は、前記入力手段によって指定した移動対象部品の移動方向が入力され、
前記判定手段は、入力手段によって入力された移動方向に沿って前記指定した移動対象部品の位置データを変更しながら前記残余の部品の位置データと比較して、干渉の有無を判定することを特徴とする。

また本発明は、前記出力手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉領域とその干渉領域を除く残余の領域とを視覚的に異なる表示態様で、１または複数の部品の形状を出力することを特徴とする。

また本発明は、前記記憶手段には、各部品間の組み合わせの制約条件に関する制約条件データが記憶され、
前記記憶手段に記憶される各部品の形状データおよび位置データおよび制約条件データに基づいて、各部品間で前記組み合わせの制約条件が満足されているか否かを判定し、前記制約条件が満足されていないと判定したとき、制約条件が満足されていない部品を示す情報を前記出力手段に出力させる制約条件判定手段をさらに含むことを特徴とする。

また本発明は、複数の部品の形状データおよび位置データが記憶される記憶装置を用意し、
コンピュータに、前記記憶装置に記憶される各部品から移動しようとする１または複数の移動対象部品を指定し、前記指定された移動対象部品の移動先の位置データを入力し、
コンピュータに、前記指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較させて、各部品間の干渉の有無を判定させ、
コンピュータに、前記干渉の有無の判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を算出させ、
コンピュータに、前記算出した干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を出力させることを特徴とする設計支援方法である。

本発明によれば、移動しようとする１または複数の移動対象部品が指定され、その移動先の位置データが入力されると、設計支援装置は、指定された部品の移動後の配置において、各部品間の干渉の有無を判定するとともに、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を干渉量として算出し、算出結果を出力装置に出力する。したがって、利用者は、出力された干渉箇所数および干渉領域の大きさを参照しながら、移動対象部品の指定と、指定された部品の移動先の位置データの入力を繰り返して行うことができる。このように、干渉箇所数および干渉領域の大きさを参照して、利用者は従来よりも効率的な作業を行うことができる。

また本発明によれば、形状および配置の少なくとも一方の変更の難易度を示すパラメータが各部品毎に設定され、設計支援装置はこのパラメータに基づいて設計変更指数を算出し、出力装置に出力する。したがって、利用者は、干渉回避作業を行うときに、設計変更指数を参照することができ、最も設計変更の難易度が低い干渉回避方法を選択することができる。この場合、形状変更および配置変更の難易度を示すパラメータが両方とも設定されているときは、利用者は必ずしもレイアウト変更だけで干渉回避を行わずに、部品の形状変更と配置変更の両方を考慮して最適な設計変更方法を選択することができる。このように、設計変更指数を参照して、利用者は従来よりも効率的な作業を行うことができる。

また本発明によれば、入力された移動方向に沿って、指定された移動対象部品の位置データを変更しながら、干渉の有無が判断される。このとき干渉した部品がある場合には、干渉量として、干渉箇所数および干渉領域の大きさが出力され、さらに設計変更指数が出力される。利用者は、出力された干渉量を参照して、入力された移動方向状のどの位置に移動対象部品を移動させればよいかを判断できるので、従来よりも効率的な干渉回避作業を行うことができる。

また本発明によれば、干渉の有無の判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉領域が、その干渉領域を除く残余の領域と視覚的に異なる表示態様で、部品の形状を示す画像情報として出力される。したがって、３次元ＣＡＤのような立体的な表示においても、作業者は容易に干渉領域を把握することができ、従来よりも効率的な干渉回避作業を行うことができる。

また本発明によれば、干渉回避作業にともなって、各部品間の組み合わせの制約条件が満足されているかが判定され、その判定結果が出力装置に出力される。部品間の干渉に加え、制約条件まで考慮した干渉回避作業を行うことができるので、より効率的に干渉回避作業を行うことができる。

また本発明によれば、利用者が、移動しようとする１または複数の移動対象部品を指定し、その移動先の位置データをコンピュータに入力し、コンピュータは、指定された部品の移動後の配置において、各部品間の干渉の有無を判定し、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を干渉量として算出し、算出結果を出力装置に出力する。したがって、利用者は、出力された干渉箇所数および干渉領域の大きさを参照しながら、移動対象部品の指定と、指定された部品の移動先の位置データの入力を繰り返して行うことができる。このように、干渉箇所数および干渉領域の大きさを参照して、利用者は従来よりも効率的な作業を行うことができる。

図１は、本発明の実施の一形態としての設計支援装置１のブロック図である。
設計支援装置１は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイおよび液晶ディスプレイなどの表示装置２、プリンタなどのハードコピー装置３（以下、表示装置とハードコピー装置とをまとめて「出力装置４」という）、キーボードおよびマウスなどの入力装置５、ハードディスクおよびメインメモリなどの記憶装置６、ならびにマイクロプロセッサなどのデータ処理装置７を含み、これらがシステムバス１６によって接続されて構成される。これらのうち、記憶装置６には、３次元ＣＡＤを用いて作成された設計データ８が保存される。設計データ８には、製品を構成する各部品の形状を示す形状データ、および製品内での各部品の配置位置を示す位置データが含まれる。また、データ処理装置７において、本実施の形態の設計支援装置１の各機能を実現するためのプログラムが実行される。

最初に、設計支援装置１を用いた干渉回避の手順を概略的に説明する。
設計支援装置１では、データ処理装置７によって、製品設計終了後に、まず各部品の形状データおよび位置データに基づいて、部品間の干渉チェックが行われる。この結果は表示装置２に表示される。利用者は、表示装置２に表示された干渉チェックの結果を見て、干渉を回避するために、移動しようとする１または複数の部品を指定し、その部品の移動先の位置データを入力する。データ処理装置７は、移動後の配置における各部品間の干渉の有無を判定し、干渉した部品の干渉箇所数および緩衝領域の大きさを干渉量として算出し、表示装置２に表示させる。また、現在の位置データを始点として指定された部品の移動方向を入力することもでき、この場合は指定された部品の位置データを移動方向に沿って順次変更させながら、干渉量が算出される。算出された干渉量は、移動距離に対応して、表示装置２に表示される。利用者は表示される干渉量を参照して、部品の指定と移動先の位置データの入力とを繰り返し行って、干渉回避の方法を決定する。

また設計支援装置１は、設計変更に必要な工数およびコストなどの、設計変更の難易度を表す設計変更指数も算出して表示する。利用者は表示される設計変更指数に基づいて干渉回避方法を決定することができる。この設計変更指数を算出するために、記憶装置６には、各部品の形状および配置の変更の難易度を示すパラメータが、各部品毎に予め記憶される。データ処理装置７は、前記パラメータに基づいて設計変更指数を算出する。

このように、設計支援装置１の特徴は、利用者の干渉回避作業を支援するために、干渉箇所数、干渉領域の大きさ、および設計変更指数を算出して、表示装置２に表示させることにある。

次に、図１における各ブロックのうち、記憶装置６に記憶される設計データ８と、データ処理装置７で実行されるプログラムについてさらに詳細に説明する。

設計データ８は、製品を構成する各部品についての設計情報である部品データ、ならびに製品全体の形状および各部品の位置データなどの製品全体についての設計情報である製品データを有する。このうち、部品データには、各部品の部品名、形状データ、クリアランス（部品間必要最小距離）、形状および配置の変更の難易度を示すパラメータ、および各部品間の組み合わせの制約条件に関する制約条件データが含まれる。

ここで、部品間の組み合わせの制約とは、部品が有する特有の性質によって、配置について制約される場合をいう。たとえば、発熱する部品と熱によって影響を受けやすい部品、あるいは電磁波を発生する部品と電磁波の影響を受けやすい部品とは、所定距離以上に離間させて配置される必要がある。また、電子回路を実装した複数の基板を接続する場合には、基板間の配線が外部からのノイズを拾わないように、これら複数の基板を所定距離以内に近接させて配置する必要がある。制約条件データには、部品の組み合わせと、部品間距離の適正範囲などの制約条件が含まれる。

また、本実施の形態では、以下の理由から、各部品の形状および配置の変更の難易度を示すパラメータが、部品毎に設定され、かつ形状変更による場合と配置変更による場合とに分けて設定される。

通常、設計変更を行うには、部品の強度のシミュレーションなど、種々の技術的事項の検討が必要となる。たとえば、（１）設計変更によって製品の基本機能に影響がないか、（２）設計変更した部品の品質に問題を生じないか、（３）設計変更によって製品コストに影響を生じないか、あるいは（４）設計変更によって組立工程に問題を生じないかについて検討される。これらのうち、部品の形状変更を行う場合は、上記（１）〜（３）が問題となり、部品の配置変更を行う場合は、上記（１）、（２）および（４）が問題となる。このように、設計変更の変更に要する検討事項は、形状変更の場合と配置変更の場合とで異なり、それに応じて設計変更に必要な工数も異なると考えられる。

さらに、部品の種類によっても、設計変更に要する工数およびコストが異なると考えられる。たとえば、（１）その部品が製品の機能を発揮するために重要な部品であるか、または単なる付属部品であるか、（２）その部品が使用を推奨されている標準部品であるか、または新たに作成する部品であるか、あるいは（３）その部品が市販パーツを利用するものか、または新たに作製する部品かによって、工数および製品コストが大きく影響される。

以上の理由から、本実施の形態では、部品毎に、形状変更のパラメータおよび配置変更のパラメータが設定される。

続いて、図１のデータ処理装置７で実行されるプログラムの構成について順に説明する。データ処理装置７でプログラムが実行処理されることによって、データ処理装置７は、以下の、３次元データ設計部９、記憶制御部１０、設計検証部１１、入力制御部１２、干渉判定部１３、干渉量算出部１４、出力制御部１５として機能する。

３次元データ設計部９は、製品設計を行うための３次元ＣＡＤ機能を有し、市販の３次元ＣＡＤプログラムを利用して構成される。３次元データ設計部９において作成された設計データ８は、記憶装置６に記憶される。

記憶手段としての記憶制御部１０は、記憶装置６に部品の形状データおよび位置データを記憶させる機能を有する。

設計検証部１１は、記憶装置６から部品の形状データおよび位置データを読み込んで、各部品間の干渉の有無を判定する干渉チェック機能と、制約条件が満足されているか否かを判定する制約条件判定手段としての制約条件チェック機能を有する。干渉チェック機能は、市販の３次元ＣＡＤ装置に標準で備えられている。干渉の有無および制約条件の充足性の判定は、たとえば部品の形状データが多面体モデルで表されているときには、各部品の頂点座標を用いた幾何計算によって行うことができる。判定結果は、部品リストとして出力装置４に出力される。

なお、本実施の形態では、いくつかの部品が他の部品と重なり合って配置されている場合だけでなく、他の部品について予め定められたクリアランス以内に近接して配置されている場合までを部品同士の干渉に含めて考える。実際には部品同士が重なり合っていなくても部品交差または製造公差により誤差が生じ得るため、設計の段階である程度のクリアランスを持たせ干渉を起こさないようにする必要があるからである。クリアランスの必要な部品については、必要なクリアランスを含めた範囲を部品の形状として扱うことで同様の干渉チェックを行うことができる。

入力手段としての入力制御部１２は、利用者が表示装置２を見ながら干渉回避操作を会話型で行えるように、入力装置５を操作して、移動しようとする部品を指定するための機能と、指定した部品の移動先の位置データを入力するための機能を有する。指定された部品は移動対象部品データとして記憶装置６に記憶される。さらに、指定された部品が現在配置されている位置を始点として移動方向を入力するための機能を備える。

判定手段としての干渉判定部１３は、入力手段によって指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較して、各部品間の干渉の有無を判定する干渉部品探索機能を有する。さらに、入力制御部１２によって、指定した移動対象部品の移動方向が入力されたとき、その移動方向に沿って移動対象部品の位置データを変更しながら、残余の部品の位置データと比較して、干渉の有無を判定する干渉回避部品制御機能を備える。

干渉量算出手段としての干渉量算出部１４は、干渉判定部１３の判定結果に基づいて、干渉領域の大きさを算出する干渉体積量計算機能と、干渉箇所数を算出する干渉箇所数カウント機能と、形状変更のパラメータおよび配置変更のパラメータに基づいて設計変更指数を算出する機能とを備える。

ここで、干渉領域の大きさは、２次元ＣＡＤデータの場合は干渉領域の面積によって、３次元ＣＡＤデータの場合は干渉領域の体積によって表すことができる。干渉量の指標となればよいので、干渉領域に外接する直方体の体積によって表すこともできる。干渉領域の体積を算出するには、たとえば、多面体モデルの場合には、干渉領域を四面体に分割し、各四面体の体積を算出することで計算される。また、干渉箇所数とは、複雑な形状の部品の場合には、複数の箇所で複数の部品と干渉することがあり、その複数の箇所の数を意味する。

また、設計変更指数は、形状変更のパラメータおよび配置変更のパラメータに基づいて算出される。具体的な算定方法には種々のものが考えられる。たとえば、形状変更の難易度に関する設計変更指数として、移動後の配置で干渉した部品のうち形状変更によって干渉状態を解消させる部品（通常、形状変更のパラメータが小さいものが選ばれる）の形状変更のパラメータを集計した値を用いることができる。あるいは、形状変更のパラメータに前述した干渉量（干渉箇所数または干渉体積）を乗算してから集計した値を用いることもできる。また、配置変更の難易度に関する設計変更指数として、移動対象部品データによって指定された部品の配置変更のパラメータが集計された値を用いることができる。

出力手段としての出力制御部１５は、設計検証部１１による判定結果、および干渉判定部１３による判定結果に基づいて、干渉した部品を出力装置４にリスト形式で出力する干渉探索結果表示機能を備える。また、表示装置２に複数の部品の形状を表示するときに、干渉領域の色を残余の領域との色を変えるなど、干渉領域を視覚的に異なる表示態様で表示する機能も備える。さらに、干渉量算出部１４によって算出された、干渉体積量、干渉箇所数、および設計変更指数を表示する。入力制御部１２において、移動方向が入力された場合には、移動距離に対応して干渉量および設計変更指数がグラフで表示される。

次に、以上の構成の設計支援装置１を用いた干渉回避の手順を説明する。
図２は、図１に示した設計支援装置１の処理の流れを示すフローチャートである。以下では、データ処理装置７に設計支援装置１の各機能を実行するためのプログラムが読み込まれ、データ処理装置７が各ステップを実行する。

干渉回避のための処理を開始すると、ステップＳ１では、記憶装置６に記憶された各部品の形状データおよび配置データが取得され、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、設計検証部１１によって、制約条件が満足されているか否かが判定され、判定結果は出力装置４に出力され、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、入力装置５への入力によって処理は分岐する。制約条件が満足されるように部品を移動するために、ＹＥＳが入力されたときはステップＳ４に移る。すでに制約条件が満足されているために、ＮＯが入力されたときはステップＳ５に移る。

ステップＳ４では、入力装置５に移動対象部品の指定と位置データの入力がなされ、ステップＳ５に移る。この結果、移動対象部品は、入力された移動後の位置データに配置される。

ステップＳ５では、設計検証部１１によって、各部品間の干渉の有無が判定される。判定結果は出力装置４に出力されて、ステップＳ６に移る。

ステップＳ６では、入力装置５への入力によって処理が分岐する。処理を終了すると選択された場合（ステップＳ６のＹＥＳ）は、ステップＳ７に移り、処理が終了する。処理を続行すると選択された場合（ステップＳ６のＮＯ）は、ステップＳ８に移る。

ステップＳ８では、入力制御部１２によって、移動しようとする移動対象部品データ、および移動方向が入力され、ステップＳ９に移る。

ステップＳ９では、干渉判定部１３によって、移動方向に沿って、移動対象部品データによって指定される部品の位置データを変更しながら、残余の部品の位置データと比較して、干渉の有無が判定される。

ステップＳ１０では、干渉量算出部１４によって、干渉判定部１３での判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉箇所数、および干渉領域の大きさが算出される。また、出力制御部１５によって、これらの算出された値が、移動の距離に対応してグラフ表示され、ステップＳ１１に移る。

ステップＳ１１では、入力装置５への入力によって処理が分岐する。干渉回避作業を継続することが選択された場合には、ステップＳ９に戻り、設計変更指数の算出が選択された場合には、ステップＳ１２に移り、設計変更の実行が選択された場合には、ステップＳ１３に移る。

ステップＳ１２では、干渉量算出部１４によって、移動対象部品データによって指定された部品の配置変更のパラメータに基づいて、配置変更に関する設計変更指数が算出される。また、干渉した部品の形状変更のパラメータに基づいて、形状変更に関する設計変更指数が算出される。なお、設計変更指数として、加工などの変化に伴う工数を計算してもよい。これら算出された設計変更指数は、出力制御部１５によって、出力装置４に出力される。利用者は出力された設計変更指数を参照して、最も設計変更指数が最小のものを選択することができる。

次のステップＳ１３では、最終的に干渉を回避するために、入力装置５に設計変更する部品の位置データおよび形状データが入力される。その後、ステップＳ２に戻り、設計変更後の各部品の形状データおよび位置データに基づいて、制約条件がチェックされる。

次に、具体的なレイアウト図面に基づいて、本実施の形態の設計支援装置１を用いて干渉を回避する場合の具体例について説明する。なお説明の都合上、レイアウト図面は２次元のものを用いるが、本発明は２次元および３次元ＣＡＤ装置のいずれにおいても実施可能なものである。

図３は、入力制御部１２の機能を説明するための説明図である。入力制御部１２は、製品１７を構成する複数の部品のうちで、干渉部品Ｑを指定し、その部品Ｑの位置データを始点として複数の移動方向を入力するための機能を備える。図３で、各部品はＸＹ平面上に配置されるものとし、図面の右方向を＋Ｘ方向、左方向を−Ｘ方向、上方向を＋Ｙ方向、下方向を−Ｙ方向と定義する。

図３における各部品Ａ〜Ｋ，Ｑのうち、部品Ｑと部品Ａが干渉している。そこで、干渉を回避するために、部品Ｑを指定して（図３でハッチングを付す）、移動方向を入力する。移動方向は１または複数方向を指定することができ、図３においては＋Ｘ方向、−Ｘ方向および＋Ｙ方向の３方向が指定されている。

図４は、設計支援装置１を用いて干渉回避を行う場合の具体例として、各部品のレイアウトを示す説明図である。図４では、部品Ａと部品Ｑの２つの部品が干渉している。説明の都合上、３次元的な部品形状を、シンボリックな多角形で表示する。ここで、部品Ａと部品ＱはＸＹ平面上に配置されるものとし、図面で右方向を＋Ｘ方向と定義する。また、部品Ｑのうち実線で示された形状は実際の部品の形状を示し、破線はクリアランスを考慮した場合の形状を示す。

図４において、部品Ｑが指定されて（図４でハッチングを付す）、移動方向である＋Ｘ方向が入力される。その結果、図４（１）に示す初期配置に対し、図４（２）〜（４）に示すように、入力された方向である＋Ｘ方向へ指定された部品Ｑが順次移動する。図４（
１）の初期配置では、部品Ａと部品Ｑは、干渉領域αで干渉している。次に、指定された部品Ｑが、図４（１）に示す距離Ｘ１だけ＋Ｘ方向へ移動（図４（２）の位置まで移動）すると、実線で示す実際の部品形状では、部品Ｑと部品Ａとの干渉領域αは解消される。しかし、部品Ｑに必要なクリアランスまで考慮すると、干渉領域βがあるため、クリアランスは十分に確保されていない。干渉領域βにおける干渉を解消するためには、図４（１）に示す初期配置から距離Ｘ６だけ移動することを要するが、移動距離がＸ５を超えると、図４（３）に示すように干渉領域γが生じる。すなわち、破線で示すクリアランスを考慮した場合には、干渉領域βまたは干渉領域γのいずれかが生じるために、干渉状態は解消しない。

一方、実線で示す実際の部品形状では、図４（１）の距離Ｘ１を越えて部品Ｑを移動すると一旦干渉状態は解消する。しかし、移動距離がＸ２を越えると図４（４）に示す干渉領域δが生じる。さらに、移動距離がＸ３を越えると図４（４）に示す干渉領域εが生じ、移動距離がＸ４を越えると図４（４）に示す干渉領域ηが生じる。

図５は、図４に示す指定部品Ｑの移動させたときに、表示装置２に表示される干渉領域の大きさ（干渉面積）、干渉箇所数、および形状変更に係る設計変更指数のグラフを示す説明図である。また、図６は、図４に示す部品Ａおよび部品Ｑを含む部品データの一部を示す説明図である。図５（３）の形状変更に係る設計変更指数は、部品データのうち形状変更のパラメータを参照して算出される。

図５（１）において、実線２０は、部品Ｑの実際の部品形状での、部品Ｑの移動距離と干渉面積の関係を示し、破線２１は、クリアランスまで考慮した場合の、部品Ｑの移動距離と干渉領域の大きさ（面積）の関係を示す。以下、移動距離は、初期配置からの移動距離をいう。

図５（１）に示すように、実際の部品形状では、移動距離がＸ１を超えてＸ２に至るまでの間で、干渉状態が解消している。すなわち、移動距離Ｘ１を越えると、図４（１）での干渉領域αが解消され、移動距離Ｘ２に至ると、図４（４）での干渉領域δが生じる。クリアランスまで考慮すると、どの移動距離においても干渉状態が解消されることはなく、最も干渉面積が小さいのは、移動距離がＸ５を超えてＸ６に至るまでの間である。この間では、図４（２）で干渉領域βの面積が減少し、図４（３）で干渉領域γの面積が増加している。さらに部品Ｑが移動距離Ｘ３移動すると、図４（４）の干渉領域εが生じるために干渉面積が増加し、部品Ｑが移動距離Ｘ４移動すると、図４（４）の干渉領域ηが生じるためにさらに干渉面積が増加する。

図５（２）において、実線２２は、部品Ｑの実際の形状での、部品Ｑの移動距離と干渉箇所数の関係を示し、破線２３は、クリアランスまで考慮した場合の、部品Ｑの移動距離と干渉箇所数の関係を示す。実際の形状では、初期配置において、干渉箇所数は１であり（図４（１）の干渉領域αに対応する）、移動距離Ｘ１からＸ２の間では干渉箇所数は０になる（図４（１）において干渉領域αが解消し、図４（４）において干渉領域δが生じるまでに対応する）。移動距離Ｘ２を超えると干渉箇所数は１になり（図４（４）の干渉領域δに対応する）、移動距離Ｘ３を越えると干渉箇所数は２に増え（図４（４）の干渉領域εに対応する）、移動距離Ｘ４を超えると干渉部部分の数は３に増える（図４（４）の干渉領域ηに対応する）。クリアランスまで考慮すると、干渉箇所数が０に成ることはなく、また最も干渉面積の小さい移動距離がＸ５からＸ６の間では、干渉箇所数は２に増える（図４（２）の干渉領域βと図４（３）の干渉領域γとが同時に生じている）。

図５（３）において、実線２４と破線２５のいずれも、クリアランスまで考慮した場合の形状変更に係る設計変更指数を、移動距離の関数として表している。実線２４は、部品Ｑの形状変更のパラメータ（図６において値は２０である）に干渉面積を乗算した値を示し、破線２５は部品Ｑの形状変更のパラメータ２６に干渉箇所数を乗算した値を示す。形状変更に係る設計変更指数の算出法はこれに限らず、干渉箇所数と干渉領域の大きさとの両方を加味して算出することもできる。また、図６の配置変更のパラメータまで考慮して、部品Ｑの配置変更のパラメータ（図６において値は１０である）を加算して、最終的な設計変更指数を算出することもできる。利用者は、これら算出された設計変更指数に基づいて、設計変更指数が最も小さい移動位置で設計変更を行うことができる。

図７は、設計支援装置１を用いて干渉回避を行う他の具体例として、製品１８を構成する各部品のレイアウト示す説明図である。図７では、各部品はＸＹ平面上に配置されるものとし、図面の右方向を＋Ｘ方向、左方向を−Ｘ方向、上方向を＋Ｙ方向、下方向を−Ｙ方向と定義する。図７の配置（以下、初期配置という）において、部品Ｑは、部品Ｂと干渉領域ａおよび干渉領域βで干渉し、部品Ｃと干渉領域γで干渉し、部品Ｇと干渉領域δおよび干渉領域εで干渉している。ここで、図解が容易なように部品Ｑにハッチングを付している。

図８は、図７に示す部品Ｂ，Ｃ，Ｇ，Ｑを含む部品データの一部を示す説明図である。以下、図７および図８に基づいて、設計支援装置１を用いるときの、図７における部品間の干渉を解消する手順について説明する。

図７において、部品間の干渉を解消する方法は、いくつか考えられるが、ここでは、（
ｉ）部品Ｑを−Ｙ方向に移動して、部品Ｑと部品Ｂ，Ｇとの干渉状態を解消し、部品Ｑと部品Ｃとの干渉領域γでの干渉を形状変更によって修正する方法と、（ｉｉ）部品Ｂおよび部品Ｇを＋Ｙ方向に移動し、部品Ｃを−Ｙ方向に移動して、干渉状態を干渉する方法とを比較する。最初に方法（ｉ）から説明する。

図９は、図７における部品Ｑを−Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。このうち、図９（１）は、部品Ｑの移動距離と部品Ｑの干渉面積との関係を示すグラフであり、図９（２）は、部品Ｑの移動距離と製品全体の干渉箇所数との関係を示すグラフである。

図９において、部品Ｑの干渉箇所数は、初期配置では５箇所（干渉領域α，β，γ，δ，ε）である。ここで、図７に示す距離ｙ１以上、−Ｙ方向に部品Ｑを移動すると、４箇所の干渉領域α，β，δ，εの干渉が解消して、１箇所の干渉領域γが残る。さらに、図７に示す距離ｙ２以上、−Ｙ方向に部品Ｑを移動すると、新たに部品Ｂおよび部品Ｇと干渉箇所が生じる結果、製品全体の干渉箇所数は４に増える。一方、干渉面積は、−Ｙ方向に距離ｙ１移動させたときが最も小さい。そこで、方法（ｉ）の場合は、部品Ｑを−Ｙ方向へ距離ｙ１以上ｙ２以下移動させることになる。

この方法（１）の場合、設計変更指数は以下のように算出される。前述したように設計変更指数の算出方法はいくつか考えられるが、ここでは、移動対象部品の配置変更のパラメータに、形状変更させる部品（干渉した部品のうち形状変更パラメータが小さいものが選ばれる）の形状変更のパラメータを加算した値を設計変更指数とする。方法（ｉ）の場合は、図８の部品データから、移動対象部品Ｑの配置変更のパラメータは１０である。また、干渉した部品Ｑおよび部品Ｃの形状変更のパラメータはそれぞれ１０と３０であるので、パラメータの小さい部品Ｑが選ばれる（このことは、部品Ｑと部品Ｃの干渉状態を解消するために、部品Ｑの形状が変更されることを意味する）。したがって、最終的な設計変更指数は、部品Ｑの配置変更のパラメータである１０に、部品Ｑの形状変更のパラメータである１０を加算した２０になる。

次に、図７において、部品Ｂおよび部品Ｇを＋Ｙ方向に移動し、部品Ｃを−Ｙ方向に移動して、干渉状態を干渉する方法（ｉｉ）について説明する。ここで、部品Ｑと干渉している各部品の干渉箇所数および干渉体積を考慮して、干渉箇所数および干渉体積が多い順の、Ｂ、Ｇ、Ｃの順に部品を移動させる。

図１０は、図７において、部品Ｂを＋Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。このうち、図１０（１）は、部品Ｂの移動距離と部品Ｂの干渉面積との関係を示すグラフであり、図１０（２）は、部品Ｂの移動距離と製品全体の干渉箇所数との関係を示すグラフである。

図１０において、部品Ｂを＋Ｙ方向に図７に示す距離ｙ１以上移動させると、干渉領域α、βでの干渉が解消するので、部品Ｂの干渉体積は０になり、製品全体での干渉箇所数は、初期配置での５から２減少して３になる。さらに、部品Ｂを＋Ｙ方向に図７に示す距離ｙ２以上移動させると、新たに部品Ｆ，Ｑと干渉が生じ、干渉箇所数および干渉体積が増加する。そこで、部品Ｂの移動先の位置データとして移動距離ｙ１とｙ２の中間位置に決定される。

図１１は、図７において、部品Ｂの移動後に部品Ｇを＋Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。このうち、図１１（１）は、部品Ｇの移動距離と部品Ｇの干渉面積との関係を示すグラフであり、図１１（２）は、部品Ｇの移動距離と製品全体の干渉箇所数との関係を示すグラフである。

図１１において、部品Ｇを＋Ｙ方向に図７に示す距離ｙ１以上移動させると、干渉領域δ、εでの干渉が解消するので、部品Ｇの干渉体積は０になり、製品全体での干渉箇所数は、移動前の３から２減少して１になる。さらに、部品Ｇを＋Ｙ方向に図７に示す距離ｙ２以上移動させると、新たに部品Ｑと干渉が生じ、干渉箇所数および干渉体積が増加する。そこで、部品Ｇの位置データとして移動距離ｙ１とｙ２の中間位置に決定される。

図１２は、図７において、部品Ｂおよび部品Ｇの移動後に部品Ｃを−Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。このうち、図１２（１）は、部品Ｃの移動距離と部品Ｃの干渉面積との関係を示すグラフであり、図１２（２）は、部品Ｃの移動距離と製品全体の干渉箇所数との関係を示すグラフである。

図１２おいて、部品Ｃを−Ｙ方向に図７に示す距離ｙ３以上移動させると、干渉領域γでの干渉が解消するので、部品Ｃの干渉体積は０になり、製品全体での干渉箇所数は、移動前の１から１減少して０になり、製品全体での干渉状態が解消される。さらに、部品Ｃを−Ｙ方向に図７に示す距離ｙ４以上移動させると、新たに部品Ｈと干渉が生じ、干渉箇所数および干渉体積が増加する。そこで、部品Ｃの位置データとして移動距離ｙ３とｙ４の中間位置に決定される。

方法（ｉｉ）の場合に、算出される設計変更指数について説明する。方法（ｉｉ）の場合は、移動のみによって干渉が回避されるので、図８の部品データに基づいて、移動対象部品Ｂ，Ｃ，Ｇの配置変更のパラメータの２０，５，６の和が算出され、表示装置２に設計変更指数として３１が表示される。したがって、利用者は、前述した方法（ｉ）の場合の設計変更指数である２０と比較して、設計変更指数の少ない方法（ｉ）の場合を選択することができる。

このように、本実施の形態の設計支援装置１によって、干渉量の指標となる干渉箇所数、干渉体積、および設計変更指数が算出され、表示装置２に表示されるので、利用者はそれらの値を参照して従来よりも効率的な干渉回避作業を行うことができる。

なお、前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば、前述の実施の形態では汎用のコンピュータを用い、プログラムで設計支援装置１の各機能が実現するが、専用のハードウェアで設計支援装置１を構成してもよい。

本発明の実施の一形態としての設計支援装置１のブロック図である。 図１に示した設計支援装置１の処理の流れを示すフローチャートである。 入力制御部１２の機能を説明するための説明図である。 設計支援装置１を用いて干渉回避を行う場合の具体例として、各部品のレイアウトを示す説明図である。 図４に示す指定部品Ｑの移動させたときに、表示装置２に表示される干渉領域の大きさ（干渉面積）、干渉箇所数、および形状変更に係る設計変更指数のグラフを示す説明図である。 図４に示す部品Ａおよび部品Ｑを含む部品データの一部を示す説明図である。 設計支援装置１を用いて干渉回避を行う場合の他の具体例として、製品１８を構成する各部品のレイアウト示す説明図である。 図７に示す部品Ｂ，Ｃ，Ｇ，Ｑを含む部品データの一部を示す説明図である。 図７における部品Ｑを−Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。 図７において、部品Ｂを＋Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。 図７において、部品Ｂの移動後に部品Ｇを＋Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。 図７において、部品Ｂおよび部品Ｇの移動後に部品Ｃを−Ｙ方向に移動するときに、表示装置２に表示される干渉面積および干渉箇所数のグラフである。

符号の説明

１ 設計支援装置
２ 表示装置
４ 出力装置
５ 入力装置
６ 記憶装置
７ データ処理装置
８ 設計データ
１０ 記憶制御部
１１ 設計検証部
１２ 入力制御部
１３ 干渉判定部
１４ 干渉量算出部
１５ 出力制御部
１６ システムバス

Claims (6)

1. 複数の部品の形状データおよび位置データが記憶される記憶手段と、
   前記各部品のうちで移動しようとする１または複数の移動対象部品に関する移動対象部品データおよび前記移動対象部品データによって指定された部品の移動先の位置データを入力するための入力手段と、
   入力手段によって指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較して、各部品間の干渉の有無を判定する判定手段と、
   判定手段による判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を算出する干渉量算出手段と、
   干渉量算出手段によって算出された算出結果を出力する出力手段とを含むことを特徴とする設計支援装置。
2. 前記記憶手段には、各部品の形状および配置のうち少なくとも一方の変更の難易度を示すパラメータが各部品毎に記憶され、
   前記干渉量算出手段は、前記パラメータに基づいて設計変更指数を算出し、
   前記出力手段は、前記干渉量算出手段によって算出された設計変更指数を出力することを特徴とする請求項１記載の設計支援装置。
3. 前記入力手段によって指定した移動対象部品の移動方向が入力され、
   前記判定手段は、入力手段によって入力された移動方向に沿って前記指定した移動対象部品の位置データを変更しながら前記残余の部品の位置データと比較して、干渉の有無を判定することを特徴とする請求項１または２記載の設計支援装置。
4. 前記出力手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉領域とその干渉領域を除く残余の領域とを視覚的に異なる表示態様で、１または複数の部品の形状を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の設計支援装置。
5. 前記記憶手段には、各部品間の組み合わせの制約条件に関する制約条件データが記憶され、
   前記記憶手段に記憶される各部品の形状データおよび位置データおよび制約条件データに基づいて、各部品間で前記組み合わせの制約条件が満足されているか否かを判定し、前記制約条件が満足されていないと判定したとき、制約条件が満足されていない部品を示す情報を前記出力手段に出力させる制約条件判定手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の設計支援装置。
6. 複数の部品の形状データおよび位置データが記憶される記憶装置を用意し、
   コンピュータに、前記記憶装置に記憶される各部品から移動しようとする１または複数の移動対象部品を指定し、前記指定された移動対象部品の移動先の位置データを入力し、
   コンピュータに、前記指定された移動対象部品と残余の部品との各位置データを相互に比較させて、各部品間の干渉の有無を判定させ、
   コンピュータに、前記干渉の有無の判定結果に基づいて、干渉した部品の干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を算出させ、
   コンピュータに、前記算出した干渉箇所数および干渉領域の大きさの少なくとも一方を出力させることを特徴とする設計支援方法。

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