(57)【要約】【課題】より短時間で熱回路網モデルを作成することを目的とする。【解決手段】熱解析の対象の機器の形状データの入力を受け付ける受付手段と、機器を構成する部品のモデル化方法を選択する選択手段と、選択されたモデル化方法に基づき形状データより部品の熱回路網モデルを生成する生成手段と、熱回路網モデルに節点と要素とを追加する追加手段と、熱回路網モデルに境界条件を設定する設定手段と、熱回路網モデルの物理量を決定する決定手段と、決定された物理量を表示する表示手段と、を有する。【選択図】図３
2020035356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱解析の対象の機器の形状データの入力を受け付ける受付手段と、
前記機器を構成する部品のモデル化方法を選択する選択手段と、
前記選択されたモデル化方法に基づき前記形状データより前記部品の熱回路網モデルを生成する生成手段と、
前記熱回路網モデルに節点と要素とを追加する追加手段と、
前記熱回路網モデルに境界条件を設定する設定手段と、
前記熱回路網モデルの物理量を決定する決定手段と、
前記決定された物理量を表示する表示手段と、
を有する情報処理装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記部品のモデル化方法を指定させるための画面を表示し、前記画面を介して指定されたモデル化方法を前記部品のモデル化方法に選択する請求項１記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記生成手段は、前記選択されたモデル化方法に基づき前記形状データより前記部品の簡易形状を作成し、前記簡易形状を領域分割し、前記簡易形状の領域から節点、要素を配置し、節点間を接続する要素に直交する複数の断面を前記形状データより取得し、熱抵抗を求める請求項１又は２記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記生成手段は、前記選択されたモデル化方法が第１のモデル化方法の場合、前記形状データより前記部品の簡易形状として厚みのないシートで表された簡易形状を作成する請求項３記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記生成手段は、前記選択されたモデル化方法が第２のモデル化方法の場合、前記部品の簡易形状として前記形状データを包含する境界ボックスを作成する請求項３記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記生成手段は、前記簡易形状をユーザが指定した点に基づきボロノイ分割する請求項３乃至５何れか１項記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記生成手段は、前記簡易形状をユーザが指定した平面に基づき分割する請求項３乃至５何れか１項記載の情報処理装置。
【請求項８】
前記表示手段は、前記決定された物理量を前記形状データに表示する請求項１乃至７何れか１項記載の情報処理装置。
【請求項９】
情報処理装置が実行する情報処理方法であって、
熱解析の対象の機器の形状データの入力を受け付ける受付工程と、
前記機器を構成する部品のモデル化方法を選択する選択工程と、
前記選択されたモデル化方法に基づき前記形状データより前記部品の熱回路網モデルを生成する生成工程と、
前記熱回路網モデルに節点と要素とを追加する追加工程と、
前記熱回路網モデルに境界条件を設定する設定工程と、
前記熱回路網モデルの物理量を決定する決定工程と、
前記決定された物理量を表示する表示工程と、
を含む情報処理方法。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１乃至８何れか１項記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置、情報処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
部品及び製品の設計にＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）が広く利用されている。そして、ＣＡＤで作成された３次元モデル（以下、ＣＡＤモデルという）を数値解析用モデル（以下、解析モデルという）に変換して、数値解析シミュレーションを行い、解析結果から設計内容を検討することが行われている。
熱に関しては、電子機器の小型化及び高集積化に伴い設計工程での熱解析が不可欠になってきている。熱解析の計算方法の一つに熱回路網法があり広く知られている。熱回路網法は、解析対象を比較的粗い領域に分割し、各領域に節点を設け、各節点間の熱抵抗を算出し、各節点に関して熱流量を保存量とした連立方程式を解く。熱回路網法は、有限体積法及び有限要素法等の解析対象を小領域に分割し詳細に解析する計算方法に対して、小規模な計算処理で計算結果が得られる。この利点を活かして設計早期における熱検討に有効であることが知られている。
従来の熱回路網法を使用したシステムとして、ＣＡＤモデルから熱回路網の解析モデル（以下、熱回路網モデルという）を作成する手法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７８０３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では作成した解析モデルの熱抵抗値を計算する際に、解析者が手動で機器の寸法を入力する必要があり、解析モデルを作成するには時間がかかるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の情報処理装置は、熱解析の対象の機器の形状データの入力を受け付ける受付手段と、前記機器を構成する部品のモデル化方法を選択する選択手段と、前記選択されたモデル化方法に基づき前記形状データより前記部品の熱回路網モデルを生成する生成手段と、前記熱回路網モデルに節点と要素とを追加する追加手段と、前記熱回路網モデルに境界条件を設定する設定手段と、前記熱回路網モデルの物理量を決定する決定手段と、前記決定された物理量を表示する表示手段と、を有する
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、より短時間で熱回路網モデルを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】熱回路網解析装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図２】熱回路網解析装置の機能構成の一例を示す図である。
【図３】熱回路網解析装置の情報処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】モデル化方法設定画面の一例を示す図である。
【図５】プレートのモデル化方法の情報処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】プレートモデルの簡易形状を作成する処理の一例を示す図である。
【図７】プレートモデルに節点、要素を配置する処理の一例を示す図である。
【図８】節点間を接続する要素の熱抵抗算出処理の一例を示す図である。
【図９】中実ブロックのモデル化方法の情報処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】中実ブロックモデルに節点、要素を配置する処理の一例を示す図である。
【図１１】部品間の接触要素作成の一例を示す図である。
【図１２】部品間の輻射要素作成の一例を示す図である。
【図１３】対流要素作成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、熱回路網解析装置１０１のハードウェア構成の一例を示す図である。
熱回路網解析装置１０１は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ１０、記憶部１１、表示部１２、入力部１３、通信部１４を含む。
ＣＰＵ１０は、熱回路網解析装置１０１の全体を制御する。ＣＰＵ１０が記憶部１１に記憶されたプログラムに基づき処理を実行することにより、後述する図２の熱回路網解析装置１０１の機能構成の一部及び、図３、図５、図９のフローチャートの処理が実現される。記憶部１１は、プログラム、ＣＰＵ１０がプログラムに基づき処理を実行する際に用いるデータ等を記憶する。また、記憶部１１は、後述する材料データベース１１１、解析モデル１１２を記憶する。表示部１２は、各種情報を表示する。入力部１３は、キーボード、マウス、表示部１２に表示された画面等を介したユーザの操作等を受け付け、入力する。表示部１２及び入力部１３は、タッチパネルディスプレイ等、一体として構成されてもよい。通信部１４は、熱回路網解析装置１０１をネットワークに接続し、ネットワークを介した外部装置との通信処理を行う。
他の例としては、熱回路網解析装置１０１の機能又は処理の少なくとも一部は、複数のＣＰＵ、記憶部を協働させることにより実現してもよい。また、他の例としては、熱回路網解析装置１０１の機能及び処理は、複数の装置が協働して実現してもよい。
【００１０】
図２は、熱回路網解析装置１０１の機能構成の一例を示す図である。
熱回路網解析装置１０１は、機能構成として、解析モデル生成部１０３、計算処理部１０５、結果表示部１０６、記憶部１１を含む。ここで、解析モデル生成部１０３、計算処理部１０５、結果表示部１０６は、ＣＰＵ１０が記憶部１１に記憶されたプログラムに基づき処理を実行することにより実現されるソフトウェア構成である。
解析モデル生成部１０３は、複数の部品を含む、熱解析の対象の機器の、３Ｄ形状データ１０２を入力する。３Ｄ形状データ１０２は、形状モデル、モデルの属性情報、モデルの幾何情報等を含む。
材料データベース１１１は、材料とその物性値とを含む。解析モデル１１２は、解析モデル生成部１０３で生成された解析モデルの情報を含む。
解析モデル生成部１０３は、モデル化方法選択部１０７、部品の熱回路網モデル（以下、部品モデルという）を生成する部品モデル生成部１０８、節点、要素追加部１０９、境界条件設定部１１０を含む。解析モデル生成部１０３は、適宜、記憶部１１に対してデータの入出力を行い、入力した３Ｄ形状データ１０２から、計算処理部１０５で計算処理を行うための解析モデルを生成する。モデル化方法選択部１０７は、対象の部品のモデル化方法を複数のモデル化方法から選択する。部品モデル生成部１０８は、モデル化方法選択部１０７で選択されたモデル化方法に従って、３Ｄ形状データ上に節点、要素を配置し、対象部品の部品モデルを生成する。節点、要素追加部１０９は、部品モデル生成部１０８で生成された部品モデルに対して、節点、要素を追加生成する。境界条件設定部１１０は、節点に対して境界条件を設定する。
他の例としては、解析モデル生成部１０３、計算処理部１０５、結果表示部１０６の少なくとも一部は、ハードウェア回路を用いて実現されてもよい。
【００１１】
図３は、熱回路網解析装置１０１の情報処理の一例を示すフローチャートである。
Ｓ２０１において、解析モデル生成部１０３は、計算対象の機器を表す３Ｄ形状データ１０２を入力する。Ｓ２０１の処理は、形状データの入力を受け付ける受付処理の一例である。
Ｓ２０２において、解析モデル生成部１０３は、Ｓ２０１で入力された形状データから得られる、機器を構成する各部品を表すデータに対して、材料を割り当てる。解析モデル生成部１０３は、割り当てる材料を材料データベース１１１から取得して、割り当てる。材料データベース１１１には予め材料が登録されておいてもよい。また、解析モデル生成部１０３が材料ファイルを読み込んで、材料データを材料データベース１１１に追加することもできる。
Ｓ２０３において、モデル化方法選択部１０７は、図４に示すモデル化方法設定画面を表示部１２に表示し、部品のモデル化方法をユーザに指定させる。
図４は、モデル化方法設定画面の一例を示す図である。
ユーザは入力部１３を操作し、モデル化方法設定画面の選択領域３０１でモデル化方法を選択し、モデル作成ボタン３０３を選択する。
【００１２】
Ｓ２０４において、モデル化方法選択部１０７は、モデル化方法設定画面におけるユーザの選択操作に基づき、モデル化方法としてプレートが選択されたか否かを判定する。モデル化方法選択部１０７は、プレートが選択されたと判定すると、Ｓ２０５に処理を進め、中実ブロックが選択されたと判定すると、Ｓ２０６に処理を進める。
Ｓ２０５において、部品モデル生成部１０８は、モデル化処理（プレート）を実行する。モデル化処理（プレート）の処理の詳細は、後述する図５に示す。
Ｓ２０６において、部品モデル生成部１０８は、モデル化処理（中実ブロック）を実行する。モデル化処理（中実ブロック）の処理の詳細は、後述する図９に示す。
モデル作成が完了すると、部品のモデル化のステータスを示す表示領域３０２が定義済みのステータスとなる。また、部品のモデル作成をやり直す場合は、ユーザは、モデル化方法設定画面においてモデル削除ボタン３０４を選択することでモデルを削除することができる。
Ｓ２０７において、部品モデル生成部１０８は、モデル化していない部品があるか否かを判定する。部品モデル生成部１０８は、モデル化していない部品がある場合は、Ｓ２０３に処理を戻し、モデル化していない部品がない場合は、Ｓ２０８に処理を進める。
【００１３】
ここで、２つのモデル化方法、「プレート」と「中実ブロック」とについて説明する。
図５は、プレートのモデル化方法の情報処理の一例を示すフローチャートである。
プレートのモデル化方法が指定された場合、Ｓ４０１において、部品モデル生成部１０８は、図６に示すように、指定された部品の形状データ５０１から、厚みのないシートで表された簡易形状（以下、シートボディという）５０２を作成する。本実施形態では、部品モデル生成部１０８は、部品の形状データ５０１の中立面を作成し、シートボディ５０２としている。しかし、シートボディの作成方法はこれに限らない。例えば、部品モデル生成部１０８は、ユーザが指定したサーフェスからシートボディを作成してもよい。
Ｓ４０２において、部品モデル生成部１０８は、図７（ａ）に示すように、シートボディ上に節点、要素を自動配置する。部品モデル生成部１０８は、第一の節点６０１を、シートボディの各サーフェスの重心位置に配置し、節点とサーフェスとを関連づけて記憶する。部品モデル生成部１０８は、第二の節点６０２を、各サーフェスの共有エッジ中点上に配置する。そして、部品モデル生成部１０８は、同一サーフェス上にある第一の節点と第二の節点とを接続する要素６０３を配置する。
【００１４】
Ｓ４０４において、部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更するか否かを判定する。部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更すると判定した場合、Ｓ４０３に処理を進め、部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更しないと判定した場合、Ｓ４０５に処理を進める。
Ｓ４０３において、部品モデル生成部１０８は、ユーザの指示を受けて、作成したシートボディのサーフェスを分割する。部品モデル生成部１０８は、図７（ｂ）に示すようにユーザが指定した点６０４を基にボロノイ分割をしてもよいし、ユーザが指定した分割平面を基にサーフェスを分割してもよい。サーフェス分割後、部品モデル生成部１０８は、Ｓ４０２の処理を再度行い、図７（ｃ）に示すようにサーフェス分割前の節点、要素を削除し再配置する。Ｓ４０３の処理は、部品の簡易形状を領域分割する領域分割処理の一例である。
【００１５】
Ｓ４０５において、部品モデル生成部１０８は、配置した第一の節点に表面積を割り当てる。部品モデル生成部１０８は、節点に関連づいているサーフェスの面積を割り当てる。ここで第一の節点に表面積を割り当てることで、後に説明する輻射及び対流の要素を作成する際に、表面積の値を自動で取得することが可能となる。
Ｓ４０６において、部品モデル生成部１０８は、節点間を接続する要素の熱抵抗値を算出する。熱抵抗算出では、部品モデル生成部１０８は、図８（ａ）に示すように、要素７０１に近接するシートボディのサーフェス７０２を取得する。そして、部品モデル生成部１０８は、図８（ｂ）に示すように、サーフェスを法線方向にオフセットさせた形状７０３を取得する。そして、部品モデル生成部１０８は、図８（ｃ）に示すように、要素に直交する断面７０４の断面積を取得する。そして、部品モデル生成部１０８は、下記式により、各断面間の熱抵抗７０５を算出する。
【数１】
2020035356.tif 000003
ここで、Ｒkは熱抵抗である。Ｌは経路長である。Ａは断面積である。λは対象部品の熱伝導率である。経路長Ｌは対象の断面から隣接する断面までの距離である。
部品モデル生成部１０８は、算出した熱抵抗を下記式により合成し、節点間を接続する要素７０１の熱抵抗を算出する。
【数２】
2020035356.tif 000004
以上の処理によりモデル化方法「プレート」では、形状に沿った節点配置を容易に行うことができ、熱抵抗値を形状データから自動算出できる。そのため、板金及び基板のような板状の部品の熱回路網モデルを短時間で作成することができる。
【００１６】
図９は、中実ブロックのモデル化方法の情報処理の一例を示すフローチャートである。
中実ブロックのモデル化方法が指定された場合、Ｓ８０１において、部品モデル生成部１０８は、図１０（ａ）に示すように、指定された部品の形状データ９０１を包含する境界ボックス９０２を作成し、これを部品の簡易形状とする。
Ｓ８０２において、部品モデル生成部１０８は、図１０（ｂ）に示すように、境界ボックス９０２の重心位置に第一の節点９０３を配置する。
また、図１０（ｃ）に示すように、境界ボックスが複数の領域に分割されている場合は、部品モデル生成部１０８は、境界ボックスが互いに接触する接触面の重心位置に第二の節点９０４を配置する。そして、部品モデル生成部１０８は、第一の節点と同一の境界ボックスのサーフェス上にある第二の節点とを接続する要素９０５を配置する。
【００１７】
Ｓ８０４において、部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更するか否かを判定する。部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更すると判定した場合、Ｓ８０３に処理を進め、部品モデル生成部１０８は、節点、要素の配置を変更しないと判定した場合、Ｓ８０５に処理を進める。
Ｓ８０３において、部品モデル生成部１０８は、図１０（ｄ）に示すように、ユーザが指定した平面９０６で境界ボックス９０２及び部品の形状データ９０１を分割する。分割後、部品モデル生成部１０８は、Ｓ８０２の処理を再度行い、節点、要素を再配置する。
【００１８】
Ｓ８０５において、部品モデル生成部１０８は、配置した第一の節点に対応する表面積を割り当てる。部品モデル生成部１０８は、割り当てる表面積は対応する境界ボックスに含まれる部品の形状データの表面積を割り当てる。
Ｓ８０６において、部品モデル生成部１０８は、節点間を接続する要素の熱抵抗を算出する。熱抵抗を算出する処理はプレートのモデル化方法の熱抵抗算出と同様で、部品モデル生成部１０８は、要素に直交する平面から断面積を取得し、熱抵抗を算出する。なお、部品モデル生成部１０８は、取得する断面積を、部品の形状データ９０１から取得する。
以上の処理により、中実ブロックのモデル化方法では、対象の部品に対して、簡易形状を基に自動で節点を配置し、部品の形状データから熱抵抗を自動算出することで、熱回路網モデルを短時間で作成することができる。
【００１９】
本実施形態では、プレート、中実ブロックのモデル化方法について説明したが、モデル化方法はこの２つに限らない。例えば中空の箱のような部品をモデル化する場合、部品モデル生成部１０８は、境界ボックスを作成し、境界ボックスのサーフェス上に節点、要素を配置して熱回路網モデルを作成するようにしてもよい。また、部品モデル生成部１０８は、節点、要素をユーザ任意の位置に配置して、熱抵抗のみ自動算出するモデル化方法を追加してもよい。
【００２０】
図３の説明に戻り、Ｓ２０８において、節点、要素追加部１０９は、ユーザの指示を受けて熱回路網モデルに節点を追加する。節点、要素追加部１０９は、空気節点を作成しＣＡＤ上に配置する。節点、要素追加部１０９は、追加する節点の位置は予め、場所を決めておき、自動で配置してもよいし、ユーザ指定のもと、任意の場所に配置してもよい。
Ｓ２０９において、節点、要素追加部１０９は、ユーザの指示を受けて熱回路網モデルに２節点間を接続する要素を追加する。節点、要素追加部１０９は、２節点間に指定したタイプの要素を作成することができる。
例えば、部品間の接触を表す要素を作成する場合、節点を２つ指定し、接触熱抵抗を入力する。このことで、図１１に示すように、部品間の接触を表す接触要素１００１が作成される。また、節点、要素追加部１０９は、部品のＣＡＤモデルから接触位置を取得し、接触位置に節点を自動配置して、近接する部品の節点と接続することで接触要素を定義してもよい。
輻射を表す要素を作成する場合は、節点を２つ指定する。このことで、節点、要素追加部１０９は、２節点間の輻射のコンダクタンスを算出し、図１２に示すように輻射要素１１０１を作成する。
ここで、節点、要素追加部１０９は、節点に割り当てられている表面積を自動で輻射伝熱における表面積に設定する。また、節点、要素追加部１０９は、節点に対応する領域の形状データから節点間の形態係数を算出し、設定する。節点、要素追加部１０９は、ユーザの指示を受けて、表面積、形態係数を設定してもよい。
対流を表す要素を作成する場合は、部品の節点と、空気の節点と、を指定する。このことで、２節点間の対流のコンダクタンスが算出され、図１３に示すように対流要素１２０１が作成される。ここで、節点、要素追加部１０９は、節点に割り当てられている表面積を自動で対流伝熱における表面積に設定する。節点、要素追加部１０９は、代表長さを、図１３に示すように第一の節点１２０２に関連する部品の形状データを包含する境界ボックス１２０３の寸法情報から算出し設定する。節点、要素追加部１０９は、ユーザの指示を受けて、表面積、代表長さを設定してもよい。
【００２１】
Ｓ２１０において、境界条件設定部１１０は、ユーザの指示を受けて、熱回路網モデルに境界条件を設定する。ここでは節点に境界条件を設定することができる。
例えば、発熱の条件を設定する場合は、節点を指定して、発熱量を入力する。このことで、発熱の境界条件を設定することができる。
温度固定の条件を設定する場合は、節点を指定して、温度を入力する。このことで、温度固定の境界条件を設定することができる。
Ｓ２１１において、計算処理部１０５は、解析モデルの情報を記憶部１１から取得し、熱回路網モデルの物理量を計算する。計算された物理量は、記憶部１１の解析モデル１１２に記録される。Ｓ２１１の処理は、熱回路網モデルの物理量を決定する決定処理の一例である。
Ｓ２１２において、結果表示部１０６は、解析モデルの物理量の情報を記憶部１１から取得し、指定した物理量をＣＡＤ上に表示する。
例えば温度を表示する場合は、結果表示部１０６は、ＣＡＤ上の節点をコンター表示させることができる。この処理は、節点と節点に関連するＣＡＤの３Ｄ形状データをコンター表示する一例である。また、節点は対応する領域の情報も保持しているので、結果表示部１０６は、節点と共に、対応する領域もコンター表示させてもよい。
また、節点間の熱流量を表示する場合は、結果表示部１０６は、節点間の要素を矢印で表示し、熱の流れを表示することもできる。
【００２２】
上述した処理によれば、部品の形状データを参照し、各部品に適したモデル化方法で熱回路網の解析モデルを作成することで、ユーザの手入力が減り、短時間で解析モデルを作成することが可能となる。
【００２３】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給する。そして、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００２４】
以上、本発明の実施形態の一例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
以上、上述した各実施形態によれば、より短時間で熱回路網モデルを作成することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０    ＣＰＵ
１０１  熱回路網解析装置
【図１】
2020035356.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020035356.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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