JP4864033B2 - シミュレーション装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シミュレーション装置に関し、例えば、自動車等の製品のプレス工程から組立工程までの各工程(製品が完成するまでの各工程)を、順次、有限要素法(Finite Element Method(FEM))により構造解析し、当該製品の完成品の形状を予測するシミュレーション装置に関する。
従来から、コンピュータに、自動車や電気製品等の製品の設計情報等を入力値として、「有限要素解法による構造解析(FEM解析)」を実行させ、その製品の完成品の形状を予測することが行われている。
例えば、特許文献1には、FEM解析の手法により、自動車用の合成樹脂製のプレート状成形部品の変形形状を予想する仮想試作装置が開示されている。
具体的には、特許文献1の仮想試作装置は、CAD情報(解析対象のシェルモデル)を用いて、三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値及びこれらの節点によるメッシュ要素の構成を規定するメッシュ要素構成データを含むメッシュモデルを作成する。また、前記仮想試作装置は、解析条件(材質、拘束位置等を示すデータ)の入力を受け付け、前記作成したメッシュモデルに対し、受け付けた解析条件を基にFEM解析を行い、前記メッシュモデルの変形形状を求める。そして、前記仮想試作装置は、前記求めたメッシュモデルの変形形状に対応する変形シェルモデルを示す画像情報を生成し、ディスプレイに表示する。
特開2006−221319号公報
ところで、製品の完成品の形状を予測するために、上述した特許文献1に開示されているFEM解析により、製品の各生産工程を順次シミュレーションし、最終的に完成品の形状を予測する連成解析といわれる手法が用いられている。この連成解析では、ある工程をFEM解析することにより得られた結果が、次の工程のFEM解析の入力値として用いられる。ここで、上記連性成解析について、図8を用いて説明する。
図8は、車両の生産工程において、完成車の変形形状を予測する連成解析の手順を示したフローチャートである。なお、図示する各処理ステップは、シミュレーション装置(コンピュータ)のCPUが公知のFEM解析プログラムを実行することにより行われる。また、前記シミュレーション装置は、前記完成車の構成部品の設計情報(CAD情報)を保持しているものとする。
先ず、前記シミュレーション装置は、プレス成形工程をFEM解析によりシミュレーションし、プレス成形工程により成形される各部品の変形形状、および残留応力を算出する(S10)。
具体的には、前記シミュレーション装置は、プレス工程を行う各部品の解析条件(部品の材質等を示すデータ)の入力を受け付ける。そして、前記シミュレーション装置は、プレス工程を行う各部品の設計データ及び前記解析条件を用いてFEM解析を行い、プレス成形工程により成形された各部品の変形形状、および残留応力を算出する。
つぎに、前記シミュレーション装置は、S10で算出した各部品の変形形状及び残留応力を用いて、プレス成形工程により成形された各部品の自重変形をFEM解析によりシミュレーションし、各部品の変形形状、および残留応力を算出する(S20)。
具体的には、前記シミュレーション装置は、プレス成形された各部品の解析条件(部品の材質等を示すデータ)の入力を受け付ける。そして、前記シミュレーション装置は、プレス加工された各部品の設計データ及び前記受け付けた解析条件と、S10で算出した各部品の変形形状及び残留応力とを用いてFEM解析を行い、自重変形による各部品の変形形状、および残留応力を算出する。
つぎに、前記シミュレーション装置は、S20で算出した各部品の変形形状及び残留応力を用いて、パネルの板合わせ工程をFEM解析によりシミュレーションし、パネルの板合わせ工程における各部品の変形形状及び残留応力を算出する(S30)。
具体的には、前記シミュレーション装置は、パネルの板合わせ工程の対象の各部品の解析条件(部品の材質等を示すデータ)の入力を受け付ける。そして、前記シミュレーション装置は、前記設計データ及び前記受け付けた解析条件と、S20で算出した各部品の変形形状及び残留応力とを用いてFEM解析を行い、パネルの板合わせによる各部品の変形形状、および残留応力を算出する。
つぎに、前記シミュレーション装置は、S30で算出した各部品の変形形状及び残留応力を用いて、塗装工程をFEM解析によりシミュレーションし、塗装工程における各部品の変形形状及び残留応力を算出する(S40)。
具体的には、前記シミュレーション装置は、塗装対象の各部品の解析条件(部品の材質等を示すデータ)の入力を受け付ける。そして、前記シミュレーション装置は、前記設計データ及び前記受け付けた解析条件と、S30で算出した各部品の変形形状及び残留応力とを用いてFEM解析を行い、塗装による各部品の変形形状、および残留応力を算出する。
つぎに、前記シミュレーション装置は、S40で算出した各部品の変形形状及び残留応力を用いて、組立工程をFEM解析によりシミュレーションし、組立工程により組立てられた完成車の変形形状を算出する(S50)。
具体的には、前記シミュレーション装置は、組立工程の対象の各部品の解析条件(部品の材質等を示すデータ)の入力を受け付ける。そして、前記シミュレーション装置は、前記設計データ及び前記受け付けた解析条件と、S40で算出した各部品の変形形状及び残留応力とを用いてFEM解析を行い、組立工程により組立てられた完成車の変形形状を算出する。
このように、前記シミュレーション装置は、連成解析の手法を用いて自動車の完成品の形状を予測するようにしている。
しかしながら、上述した特許文献1の技術、および上記連成解析の手法は、実際の生産ラインで生じる生産条件(治具の位置精度や取付け部品の形状誤差等)まで考慮されていないため、高い精度で製品や部品の形状予測ができないという技術的課題を有している。
そのため、上述した特許文献1の手法や上記連成解析によるシミュレーションを行っても、そのシミュレーションをした条件により実際に製品や部品を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かまで判断することができなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有限要素法による構造解析により製品の形状を予測するシミュレーション装置において、製品の形状を高精度に予測することを目的とするものである。
上記課題を解決するために本発明は、演算処理を行うCPUと、前記CPUにより実行可能なプログラムが格納される記憶装置とが具備され、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、有限要素法による構造解析の演算処理がなされ、製品の形状を予測するシミュレーション装置であって、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、前記製品の構成部品の設計情報、および該構成部品の材質、拘束位置を含む解析条件の入力を受け付ける入力手段と、前記入力手段が受け付けた前記設計情報および前記解析条件を用いて、前記製品が完成するまでの各工程を、順次、有限要素法による構造解析を行い、三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値を含むメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを前記製品の完成品の形状として予測する解析手段とが機能し、前記入力手段は、前記構成部品のうち、治具により保持・拘束されて生産される構成部品についての、該治具に保持・拘束される際の位置のバラツキを示す治具精度情報の入力を受け付け、前記解析手段は、前記治具により保持・拘束される構成部品を用いる工程では、前記設計情報および前記解析条件に加え、前記治具精度情報を反映させて、前記構造解析を行い、更に前記解析手段は、前記完成品の形状を予測する前記構造解析を複数回行い、該複数回分の予測した完成品の形状を示すメッシュモデルの各節点における三次元座標値の統計処理を行い、その確率分布を求めることを特徴とする。
このように、本発明によれば、シミュレーションを行う製品の構成部品のうち、治具により保持・拘束されて生産される構成部品については、該治具に保持・拘束される際の位置のバラツキを示す治具精度情報の入力を受け付けるようにしている。そして、前記治具により保持・拘束される構成部品を用いる工程では、前記設計情報および前記解析条件に加え、前記治具精度情報を反映させて、前記構造解析によるシミュレーションを行うようにしている。
このように、治具精度情報を反映させてシミュレーションを行うようにしたのは、実際の生産工程においては、治具自体の精度や、治具に保持・拘束される構成部品の形状誤差が、完成品の形状に影響を与えることがあるためである。
そして、本発明では、従来技術では考慮されていなかった治具精度情報を反映させたシミュレーションを行うようにしているため、シミュレーションにより予想される完成品の形状の精度を高めることができる。
また、複数回分の予測した完成品の形状の確率分布を求めることにより、シミュレーションに利用した解析条件で製品を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かを判断することが容易になる。
上記課題を解決するために本発明は、演算処理を行うCPUと、前記CPUにより実行可能なプログラムが格納される記憶装置とが具備され、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、有限要素法による構造解析の演算処理がなされ、製品の形状を予測するシミュレーション装置であって、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、前記製品の構成部品の設計情報、および該構成部品の材質、拘束位置を含む解析条件の入力を受け付ける入力手段と、前記入力手段が受け付けた前記設計情報および前記解析条件を用いて、前記製品が完成するまでの各工程を、順次、有限要素法による構造解析を行い、三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値を含むメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを前記製品の完成品の形状として予測する解析手段とが機能し、前記入力手段は、前記構成部品のうち、前記製品の本体部に組み付けられる部品についての、該部品の寸法のバラツキを含む製品精度情報の入力を受け付け、前記解析手段は、前記本体部に組み付けられる部品を用いる工程では、前記設計情報および解析条件に加え、前記入力を受け付けた製品精度情報を反映させて、前記構造解析を行い、更に前記解析手段は、前記完成品の形状を予測する前記構造解析を複数回行い、該複数回分の予測した完成品の形状を示すメッシュモデルの各節点における三次元座標値の統計処理を行い、その確率分布を求めることを特徴とする。
本発明によれば、シミュレーションを行う製品の構成部品のうち、製品の本体部に組み付けられる部品(ヘッドランプ等)の寸法のバラツキを含む製品精度情報の入力を受け付けるようにしている。そして、前記本体部に組み付けられる部品を用いる工程については、設計情報および解析条件に加え、さらに、前記の受け付けた製品精度情報を反映させて、前記構造解析によるシミュレーションを行っている。
このように、本体に組み付けられる部品(ヘッドランプ等)の寸法のバラツキを含む製品精度情報を反映させてシミュレーションを行うようにしたのは、実際の生産工程では、前記組み付けられる部品の寸法のバラツキ(例えば、ヘッドランプに形成された取付穴の寸法誤差)により、完成品の形状に影響を与えることがあるためである。
そして、本発明では、上記の製品精度情報を反映させたシミュレーションを行うようにしているため、シミュレーションにより予想される完成品の形状の精度を高めることができる。
また、複数回分の予測した完成品の形状の確率分布を求めることにより、シミュレーションに利用した解析条件で製品を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かを判断することが容易になる。
このように、本発明によれば、有限要素法による構造解析により製品の形状を予測するシミュレーション装置において、製品の形状を高精度に予測することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
先ず、本実施形態のシミュレーション装置の機能構成を図1に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態のシミュレーション装置の機能ブロック図である。
図示するように、シミュレーション装置Aは、自動車等の製品の形状をシミュレーションにより予測する情報処理装置1と、ユーザからの各種要求を受け付ける入力装置2と、情報処理装置1が行ったシミュレーション結果を出力する出力装置3とを備える。また、情報処理装置1は、LAN(Local Area Network)等のネットワークNWを介して、CAD装置4に接続されている。
情報処理装置1は、自動車等の製品のプレス工程から組立工程までの各工程(製品が完成するまでの各工程)を、順次、有限要素法(Finite Element Method)により構造解析(FEM解析)し、完成品の形状を予測する。
具体的には、情報処理装置1は、制御部10、データ取得部20、FEM解析部30、および出力部40を有する。
制御部10は、情報処理装置1の全体の動作を制御する。また、制御部10は、入力装置2を介して、ユーザが入力する各種要求を受け付ける。そして、制御部10は、上記受け付けた要求にしたがい、データ取得部20、FEM解析部30、および出力部40を制御して、ユーザからの要求に応じた処理を行う。
データ取得部20は、ネットワークNWに接続されている外部装置(例えば、CAD装置4)と通信を行い、外部装置との間でデータの送受信を行う。例えば、データ取得部20は、ネットワークNWを介して、CAD装置4にアクセスし、CAD装置4に格納されているCAD情報(自動車の構成部品の設計情報)を取得する。
また、データ取得部20は、制御部10を介して、ユーザが入力する「解析条件」、「治具の位置精度情報(後段で説明する)」、および「組み付け精度情報(後段で説明する)」の入力を受け付ける。
FEM解析部30は、自動車等の製品が完成するまでの各工程を、順次、有限要素法(Finite Element Method)の構造解析(FEM解析)によるシミュレーションを行い、最終的な製品の完成品の形状を予測する。
なお、本実施形態では、前記FEM解析に、治具の位置精度による部品の変形形状を示す情報や、組み付け精度による部品の形状を示す情報を用いることを特徴としている。
このようにするのは、治具の位置精度や組み付け精度による部品の形状変形が完成品の形状に影響を与えるためである。本実施形態では、治具の位置精度による影響や、組み付け精度による影響を反映させたシミュレーションを行うことにより、予測する完成品の形状の精度を高めている。
また、FEM解析部30は、上記の完成品の形状を予測するシミュレーションを複数回行い、複数回分のシミュレーション結果の確率分布を求める。
また、出力部40は、FEM解析部30が求めた完成品の変形形状を示す画像情報や、前記の確率分布を示す画像情報を生成し、その生成した画像情報を出力装置3に出力する。
入力装置2は、キーボードやマウス等により構成され、ユーザからの各種要求や解析条件等を受け付けて情報処理装置1に出力する。
出力装置3は、液晶ディスプレイ等により構成され、情報処理装置1が出力する画像情報を表示する。
また、CAD装置4には、シミュレーションをする対象の工業製品のCAD情報(自動車の構成部品の設計情報等)が格納されている。そして、CAD装置4は、情報処理装置1からの要求にしたがい、情報処理装置1にCAD情報を出力する。なお、本実施形態のCAD装置4は、公知の技術により実現されるため、詳細な説明は省略する。
つぎに、本実施形態の情報処理装置1のハードウェア構成を説明する。
図2は、本実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。
図示するように、情報処理装置1は、CPU(Central Processing Unit)100と、RAM(Random Access Memory)等により構成された主記憶装置101と、I/Oインタフェース102と、ネットワークインタフェース103と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置104とを有する。
また、補助記憶装置104には、上述した各部(制御部10、データ取得部20、FEM解析部30、および出力部40)の機能を実現するためのプログラムが格納されている。
そして、情報処理装置1の各部(制御部10、データ取得部20、FEM解析部30、および出力部40)の機能は、CPU100が補助記憶装置104に格納されている前記プログラムを主記憶装置101にロードして実行することにより実現される。
つぎに、本実施形態のシミュレーション処理に利用するデータについて説明する。
本実施形態は、FEM解析によるシミュレーションにおいて、治具の位置精度(治具の位置精度情報)を反映させたことを特徴としている。また、FEM解析によるシミュレーションにおいて、製品の本体部に組み付けられる組付部品(ヘッドランプ、内装部品等)の寸法のバラツキ(組み付け精度情報)による部品の変形形状を反映させたことを特徴としている。
なお、シミュレーションに利用するデータのうち、「治具の位置精度情報」および「組み付け精度情報」以外のデータは、従来から利用されているものである。そのため、以下では、「治具の位置精度情報」および「組み付け精度情報」について説明し、その他のデータについての説明は省略する。
先ず、「治具の位置精度情報」について、図3乃至図5を用いて説明する。
なお、以下では、「治具の位置精度情報」について,治具に固定されて溶接される板金部品61、62を例に挙げて説明する。
図3は、本実施形態で利用する治具の位置精度を説明するために例示した、治具に固定されて溶接される板金部品の斜視図である。図3(a)は、板金部品61(又は板金部品62)に形成された孔61d1、61d2(又は62d1、62d2)が正寸である状態を示している。また、図3(b)は、板金部品61(又は板金部品62)に形成された孔61d1、61d2(又は62d1、62d2)設計通りの寸法ではない状態を示している。
また、図4は、本実施形態で利用する治具の位置精度を説明するために例示した、板金部品と治具との位置ずれを示した斜視図である。また、図5は、本実施形態で利用する治具の位置精度情報の一例を模擬的に示した図である。
図3に示すように、完成部品(Sub Assy)60は、板金部品61と、板金部品62とを溶接(符号63、64で示す溶接点で溶接される)することにより製造される。
そして、図3(a)に示すように、板金部品61、62に形成された孔61d1、61d2、62d1、62d2がいずれも正寸(設計通りの寸法)の場合、板金部品61および板金部品62は、位置ずれすることなく、正しい姿勢で治具に保持・拘束される。そのため、板金部品61と、板金部品62とを溶接すると、設計データ通りの完成部品(Sub Assy)60が製造される。
一方、図3(b)に示すように、板金部品61、62に形成された孔61d1、61d2、孔62d1、62d2が設計通りの寸法ではない場合、板金部品61および板金部品62は、治具に挿入されても正しい位置で保持・拘束されない。そして、板金部品61と、板金部品62とを溶接すると、設計データの形状と異なる形状の完成部品(Sub Assy)60が製造されることがある。このような完成部品60の変形は、その程度により完成品の形状に影響を与えてしまう。なお、図示しないが、治具(基準ピン70)が設計通りの寸法ではない場合も、設計データと異なる形状の完成部品(Sub Assy)60が製造される。
そこで、本実施形態では、上記のような「部品と、その部品を固定する治具の位置ずれ」に起因する部品の変形形状をシミュレーションにより予測し、その予測した部品の変形形状を、当該部品を利用する工程のシミュレーションに反映させるようにした。
例えば、図4に示すように、板金部品61に形成された孔61d1の中心a1と、孔61d1に挿入された治具の基準ピン70の中心b1とのズレ(差分)を3次元で示した「治具の位置精度情報」を作成し、情報処理装置1に「治具の位置精度情報」を入力する。そして、情報処理装置1に、「治具の位置精度情報」を用いたFEM解析によるシミュレーションを実行させ、「部品と、その部品を固定する治具の位置ずれ」による部品の変形形状を予測させる。以下、前記の「治具の位置精度情報」について詳細に述べる。
図4に示す例では、板金部品61に形成された孔61d1の中心a1と、孔61d1に挿入された治具の基準ピン70の中心b1とのズレ(d1=±(a1−b1))を三次元座標で示した「治具の位置精度情報」と定義している。
すなわち、板金部品61に形成された孔61d1の中心a1と、孔61d1に挿入された治具の基準ピン70の中心b1とのズレ(差分)を、「d1=(dx1,dy1,dz1)」で表わすようにした。また、板金部品61に形成された孔61d2の中心(図示せず)と、孔61d2に挿入された治具の基準ピン70の中心(図示せず)とのズレ(差分)は、「d2=(dx2,dy2,dz2)」により表わすようにした。
なお、図5の「治具位置精度情報50」は、板金部品61および板金部品62のそれぞれと、治具の基準ピン70との位置ずれ情報を集めて纏めたものであるる。
図5に示すように、治具の位置精度情報50は、治具位置精度情報を識別するIDを登録するフィールド51と、基準ピン70と孔61d1との位置ずれ情報を登録するフィールド52と、基準ピン70と孔61d2との位置ずれ情報を登録するフィールド53と、基準ピン70と孔62d1との位置ずれ情報を登録するフィールド54と、基準ピン70と孔62d2との位置ずれ情報を登録するフィールド55とを備えて1つのレコードが形成されている。なお、治具位置精度情報50は、複数(n個)のレコードにより構成されている。
ここで、フィールド51に登録されるIDには、例えば「サンプル番号」等を用いる。また、フィールド52には、治具の基準ピン70の中心b1と、孔61d1の中心a1との差分を3次元座標で示した情報が登録される。また、フィールド53には、治具の基準ピン70の中心と、孔61d2の中心との差分を3次元座標で示した情報が登録される。また、フィールド54には、治具の基準ピン70の中心と、孔62d1の中心との差分を3次元座標で示した情報が登録される。また、フィールド55には、治具の基準ピン70の中心と、孔62d2の中心との差分を3次元座標で示した情報が登録される。
なお、図5に示す「治具の位置精度情報50」は、あくまでも一例である。「治具の位置精度情報50」は、治具により保持・拘束されて生産される部品毎に作成され、情報処理装置1のメモリ(主記憶装置101又は補助記憶装置104)やCAD装置4に格納される。
つぎに、「組み付け精度情報」について説明する。
「組み付け精度情報」とは、製品の本体部に組み付ける組付部品(ヘッドランプ、内装部品等)に形成された取付穴の穴ガタ等の製品精度を示すデータのことをいう。
この「組み付け精度情報」は、組付部品(ヘッドランプ、内装部品等)毎に作成され、情報処理装置1のメモリ(主記憶装置101又は補助記憶装置104)やCAD装置4に格納される。
そして、情報処理装置1は、「組み付け精度情報」を利用して、FEM解析によるシミュレーションを行い、組み付け精度により変形する部品の形状を示す情報(3次元座標情報)を求める。
続いて、本実施形態のシミュレーション装置が行う、シミュレーション処理の手順について図6に基づいて説明する。
図6は、本発明の実施形態のシミュレーション装置が行う、シミュレーション処理の手順を示したフローチャートである。
なお、図6に示すフローチャートは、上述した図8で示した、完成車の変形形状を予測する連成解析の手順を示したフローチャートに、新たな処理を付加して改良したものである。また、図6では、図8と同じ処理については同じ符号を付し、その説明を簡略化する。
また、図示する各処理ステップで行われるFEM解析は、図8と同様、従来技術により実現されるものである(公知のソフトウェアにより実現されるものである)。そのため、以下では、FEM解析の具体的な手順の説明は省略する。
先ず、本実施形態のシミュレーションの概略を説明する。
情報処理装置1は、複数回(n回)分のシミュレーション用データを用いて、「S10、S20、S25、S31、S35、S41、S45、およびS51」の各処理を複数回(n回)繰り返して行う。そして、シミュレーション装置Aは、複数回分のシミュレーション結果(完成車の変形形状を示す情報)を用いて統計処理を行い、シミュレーションにより求めた完成車の変形形状の確率分布を求める(S60)。
このように、複数回分のシミュレーション結果の確率分布を求めることにより、シミュレーションをするために利用した条件(CAD情報、解析条件、治具の位置精度情報、組み付け精度情報)で車両を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かを判断することが容易になる。以下、図示する各処理について説明する。
なお、以下の処理ステップに先立って、情報処理装置1のデータ取得部20は、k(0<k≦n)回分のシミュレーション用のデータ(CAD情報、解析条件(拘束位置、部品の材質等)、治具の位置精度情報、組み付け精度情報)の入力を受け付け、その受け付けたデータをメモリ(主記憶装置101或いは補助記憶装置104)に格納しておくものとする。
具体的には、先ず、情報処理装置1のFEM解析部30は、シミュレーションの回数を数えるカウンタkの値を「1」に設定する(S1)。そして、FEM解析部30は、前記メモリ(主記憶装置101或いは補助記憶装置104)からk番目のシミュレーション用のデータを読み出す(S2)。
つぎに、FEM解析部30は、上述した図8のS10〜S20と同様の処理を行う(S10、S20)。すなわち、FEM解析部30は、プレス成形工程により成形される各部品の変形形状、および残留応力を算出する。また、FEM解析部30は、S10算出した各部品の変形形状及び残留応力を用いて、プレス成形工程により成形された各部品の自重変形をFEM解析によりシミュレーションし、各部品の変形形状、および残留応力を算出する。
つぎに、FEM解析部30は、治具の位置決め精度による部品の変形形状をFEM解析によりシミュレーションする(S25)。具体的には、FEM解析部30は、S2で読み出した情報に含まれる、「各部品のCAD情報」、「解析条件」、および「治具の位置精度情報」を用いてFEM解析を行い、治具の位置決め精度による部品の変形形状を算出する。
例えば、本ステップ(S25)では、図3に示す板金部品61および板金部品62を治具に固定して溶接する場合の変形形状をシミュレーションにより予測する。この場合には、「治具の位置精度情報」として図5で例示するデータが用いられる。
つぎに、FEM解析部30は、S20で求めたパネルの自重変形による部品の変形形状及び残留応力と、S25で求めた各部品の変形形状とを用いて、パネルの板合わせ工程をFEM解析によりシミュレーションし、パネルの板合わせ工程における各部品の変形形状及び残留応力を算出する(S31)。
このように、本実施形態では、従来は考慮されていなかった、治具の位置決め精度による各部品の変形形状を考慮して(すなわち、S25の処理結果を考慮して)、シミュレーションを行うようにしている。そのため、本実施形態によれば、治具により保持・拘束されて生産される構成部品を用いる生産工程のシミュレーションの精度を高めることができる。
つぎに、FEM解析部30は、塗装ブース内でのボディ温度をFEM解析によりシミュレーションし、ボディの温度分布を算出する(S35)。
具体的には、FEM解析部30は、S2で読み出した情報に含まれる、ボディの解析条件(材質等を示すデータ、塗装ブースの温度条件等)およびCAD情報を用いてFEM解析を行い、ボディの温度分布を算出する。
つぎに、FEM解析部30は、S31で求めたパネルの板合わせ工程による変形形状及び残留応力と、S35で求めたボディの温度分布とを用いて、塗装工程をFEM解析によりシミュレーションし、塗装工程における各部品の変形形状及び残留応力を算出する(S41)。
つぎに、FEM解析部30は、FEM解析によるシミュレーションにより、組み付け部品の組み付け位置を求める(S45)。
具体的には、FEM解析部30は、S2で読み出した情報に含まれる、対象の組付部品(ヘッドランプ、内装部品等)の「CAD情報」、「解析条件」、「組み付け精度情報」を利用して、FEM解析によるシミュレーションを行う。そして、FEM解析部30は、前記シミュレーションにより、組み付ける部品の穴ガタ等の製品精度の影響により、設計データから変化する組付部品の組み付け位置を示す情報(3次元情報)を求める。
つぎに、FEM解析部30は、S41で求めた塗装工程による部品の変形形状及び残留応力と、S45で求めた組付部品の組み付け位置を示す情報を用いて、組立工程をFEM解析によりシミュレーションし、組立てられた完成車の変形形状を算出し(S51)、S52の処理に進む。
具体的には、FEM解析部30は、S2で読み出した情報に含まれる、組立工程の対象の各部品の「CAD情報」および「解析条件」と、S41で求めた塗装工程による部品の変形形状及び残留応力と、S45で求めた組付部品の組み付け位置を示す情報とを用いてFEM解析を行い、組立工程により組立てられる完成車の変形形状を算出する。
S52では、FEM解析部30は、シミュレーションの回数を数えるカウンタkの値が「n(しきい値)」未満であるか否かを判定する。
そして、FEM解析部30は、カウンタkの値が「n(しきい値)」未満であればS53に進み、カウンタkの値に「1」を加算して(インクリメントして)S2の処理に戻る。
一方、FEM解析部30は、カウンタkの値が「n(しきい値)」以上であればS60に進む(すなわち、シミュレーションがn回繰り返して行われたことになる)。
S60では、FEM解析部30は、所定回数分(n回)のシミュレーション結果の確率分布を求め、出力部40に出力する。
そして、出力部40は、FEM解析部30からの確率分布を受け取ると、その確率分布を示した画像情報を生成して、出力装置3に表示する。ここで、出力部40が出力装置3に出力する「シミュレーション結果の確率分布」の例を図7に示す。
図7は、本実施形態のシミュレーション装置が出力するシミュレーション結果の一例を示したものである。
なお、図示する符合80は、完成車の出荷規格を示している。また、符号81、82、83は、それぞれ、本実施形態のシミュレーション装置によるシミュレーション結果(予測した完成車の形状)から求めた確率分布を示している。
分析者は、出力装置3に表示された上記の確率分布を参照することにより、シミュレーションに利用した解析条件で製品を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かを判断することが容易となる。
また、本実施形態では、FEM解析によるシミュレーションにおいて、治具の位置精度により受ける部品の変形形状を反映させるようにしている。また、本実施形態では、FEM解析によるシミュレーションにおいて、ヘッドランプ等の組付部品の形状誤差等により受ける組み付け精度を反映させるようにしている。
そのため、本実施形態によれば、高精度に、完成車の形状の予測を行うことができる。その結果、本実施形態によれば、シミュレーションした条件(CAD情報、解析条件(拘束位置、部品の材質等)、治具の位置精度情報、組み付け精度情報)で実際に製品を生産した場合に、出荷規格を満たすか否かを判断することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、図6では、予め用意しておいた複数回(n回)分のシミュレーションデータを順番に用いることにより、S10〜S51の処理を繰り返したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、繰り返し行うシミュレーションの処理の手順に、モンテカルロ法を用いるようにしてもよい。
また、例えば、S25(或いはS45)の処理において、複数回のシミュレーションを繰り返し行い、複数のシミュレーション結果を次の処理に利用するようにしてもよい。
本発明の実施形態のシミュレーション装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態の情報処理装置のハードウェア構成図である。 本発明の実施形態で利用する治具の位置精度を説明するために例示した、治具に固定されて溶接される板金部品の斜視図である。 本発明の実施形態で利用する治具の位置精度を説明するために例示した、板金部品と治具との位置ずれを示した斜視図である。 本実施形態で利用する治具の位置精度情報の一例を模擬的に示した図である。 本発明の実施形態のシミュレーション装置が行う、シミュレーション処理の手順を示したフローチャートである。 本実施形態のシミュレーション装置が出力するシミュレーション結果の一例を示したものである。 自動車の変形形状を予測する連成解析の手順を示したフローチャートである。
符号の説明
A…シミュレーション装置
NW…ネットワーク
1…情報処理装置
2…入力装置
3…出力装置
4…CAD装置
10…制御部
20…データ取得部
30…FEM解析部
40…出力部
60…完成部品
61、62…板金部品
61d1、61d2、62d1、62d2…孔
70…治具の基準ピン
100…CPU
101…主記憶装置
102…I/Oインタフェース
103…ネットワークインタフェース
104…補助記憶装置

Claims (2)

  1. 演算処理を行うCPUと、前記CPUにより実行可能なプログラムが格納される記憶装置とが具備され、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、有限要素法による構造解析の演算処理がなされ、製品の形状を予測するシミュレーション装置であって、
    前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、
    前記製品の構成部品の設計情報、および該構成部品の材質、拘束位置を含む解析条件の入力を受け付ける入力手段と、前記入力手段が受け付けた前記設計情報および前記解析条件を用いて、前記製品が完成するまでの各工程を、順次、有限要素法による構造解析を行い、三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値を含むメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを前記製品の完成品の形状として予測する解析手段とが機能し、
    前記入力手段は、前記構成部品のうち、治具により保持・拘束されて生産される構成部品についての、該治具に保持・拘束される際の位置のバラツキを示す治具精度情報の入力を受け付け、
    前記解析手段は、前記治具により保持・拘束される構成部品を用いる工程では、前記設計情報および前記解析条件に加え、前記治具精度情報を反映させて、前記構造解析を行い、
    更に前記解析手段は、前記完成品の形状を予測する前記構造解析を複数回行い、該複数回分の予測した完成品の形状を示すメッシュモデルの各節点における三次元座標値の統計処理を行い、その確率分布を求めることを特徴とするシミュレーション装置。
  2. 演算処理を行うCPUと、前記CPUにより実行可能なプログラムが格納される記憶装置とが具備され、前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、有限要素法による構造解析の演算処理がなされ、製品の形状を予測するシミュレーション装置であって、
    前記CPUが前記記憶装置に格納されたプログラムを実行することにより、
    前記製品の構成部品の設計情報、および該構成部品の材質、拘束位置を含む解析条件の入力を受け付ける入力手段と、前記入力手段が受け付けた前記設計情報および前記解析条件を用いて、前記製品が完成するまでの各工程を、順次、有限要素法による構造解析を行い、三次元座標系におけるメッシュとして離散化した各節点の座標値を含むメッシュモデルを作成し、該メッシュモデルを前記製品の完成品の形状として予測する解析手段とが機能し、
    前記入力手段は、前記構成部品のうち、前記製品の本体部に組み付けられる部品についての、該部品の寸法のバラツキを含む製品精度情報の入力を受け付け、
    前記解析手段は、前記本体部に組み付けられる部品を用いる工程では、前記設計情報および解析条件に加え、前記入力を受け付けた製品精度情報を反映させて、前記構造解析を行い、
    更に前記解析手段は、前記完成品の形状を予測する前記構造解析を複数回行い、該複数回分の予測した完成品の形状を示すメッシュモデルの各節点における三次元座標値の統計処理を行い、その確率分布を求めることを特徴とするシミュレーション装置。
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