(57)【要約】【課題】  熱対流の熱解析を行う際に、ユーザが目視により構造物の表面が内部に露出しているか、外部に露出しているかを特定していた。この作業は非常に負荷が高く、また入力ミスも多く誘発していた。【解決手段】  形態係数に基づいて構造物データが示す構造物の各表面が構造物の内部に露出しているか或いは構造物の外部に露出しているかを示す内外表面情報を決定する。この内外表面情報と形態係数とに基づいて、構造物の熱解析をする。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対流を含む熱解析をする情報処理装置であって、
構造物データに基づいて形態係数を導出する導出手段と、
前記形態係数に基づいて、前記構造物データが示す構造物の各表面が前記構造物の内部に露出しているか或いは前記構造物の外部に露出しているかを示す内外表面情報を決定する第一の決定手段と、
前記内外表面情報に基づいて、前記構造物の熱解析をする熱解析手段と、
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記内外表面情報に基づいて、前記構造物における対流の熱解析に要する対流熱抵抗を決定する第二の決定手段を更に有し、
前記熱解析手段は、前記対流熱抵抗に基づいて前記構造物の熱解析をすることを特徴とする情報処理装置。
【請求項３】
前記構造物における伝導の熱解析に要する伝導熱抵抗を決定する第三の決定手段を更に有し、
前記熱解析手段は、前記対流熱抵抗と前記伝導熱抵抗とに基づいて、前記構造物の熱解析をすることを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記形態係数に基づいて、前記構造物における輻射の熱解析に要する輻射熱抵抗を決定する第四の決定手段を更に有し、
前記解析手段は、前記対流熱抵抗と前記輻射熱抵抗または前記対流熱抵抗と前記伝導熱抵抗と前記輻射熱抵抗とに基づいて熱解析をすることを特徴とする請求項２又は３に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記第一の決定手段は、前記形態係数と閾値とを比較することにより、前記構造物データが示す構造物の各表面が前記構造物の内部に露出しているか或いは前記構造物の外部に露出しているかを示す内外表面情報を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記閾値を入力する入力手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記熱解析の結果を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項８】
前記表示手段は、前記構造物を示す表示オブジェクト上に、前記内外表面情報に関する記号を重畳して表示することを特徴とする請求項７に記載の情報処理装置。
【請求項９】
前記表示手段により前記内外表面情報または前記熱解析の結果を表示されたのちに、ユーザからの前記閾値の変更を受け付ける変更手段を更に有し、
前記第一の決定手段は、変更された閾値に基づいて、前記内外表面情報を決定し、
前記熱解析手段は、前記構造物の熱解析をすることを特徴とする請求項７に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
対流を含む熱解析をする情報処理方法であって、
構造物データに基づいて形態係数を導出する導出工程と、
前記形態係数に基づいて、前記構造物データが示す構造物の各表面が前記構造物の内部に露出しているか或いは前記構造物の外部に露出しているかを示す内外表面情報を決定する決定工程と、
前記内外表面情報と前記形態係数とに基づいて、前記構造物の熱解析をする熱解析工程と、
を有することを特徴とする情報処理方法。
【請求項１１】
コンピュータを、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の情報処理装置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、対流を含む熱解析をする情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器のような構造物における小型化・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、解析対象である部品を比較的粗い領域に分割し、各領域に節点を設け、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手法である。熱回路網法は、有限要素法などの解析対象を小領域に分割し流体の挙動を詳細に解析する計算方法に対して、小規模な計算処理で結果が得られる。この利点を活かして、熱回路網法が設計工程の早期における熱検討に有効であることが知られている。
【０００３】
熱回路網法に関して、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）で作成されたＣＡＤモデルを使用して、部品と流体空間に粗いメッシュを作成することで熱回路網と流体回路網を作成する技術が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
また、熱解析の結果表示に関して、繰り返しの計算をせずに放熱設計を短時間で行うことを目的として、温度分布や熱流束ではなく部品間の伝熱量を計算し、表示する方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７６７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５０５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
構造物の熱回路網モデルを作成する際、構造物の各表面が構造物の内部に露出しているか、或いは外部に露出しているかを特定する必要がある。内部か外部かによって対流の熱抵抗が異なるからである。
【０００７】
従来、ユーザがＣＡＤモデル上で構造物の内部か外部かの目視により特定していた。この作業は非常に負荷が高く、また入力ミスなども多く発生していた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決すべく、本発明の熱解析をする情報処理装置は、構造物データに基づいて形態係数を導出する導出手段と、前記形態係数に基づいて、前記構造物データが示す構造物の各表面が前記構造物の内部に露出しているか或いは前記構造物の外部に露出しているかを示す内外表面情報を決定する決定手段と、前記内外表面情報に基づいて、前記構造物の熱解析をする熱解析手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、構造物の熱解析において、ユーザに対する負荷を減らし、且つユーザによる入力ミスも少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】構造物及び部品を説明する図である。
【図２】原理を示した図である。
【図３】構造物の形状データと熱回路網のモデルを説明する図である。
【図４】情報処理装置のハードウェアの一例を示す図である。
【図５】機能ブロック図である。
【図６】情報処理方法に対応するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
＜本実施形態の背景＞
図１は本実施形態における構造物及び部品を説明する図である。
【００１２】
図１（ａ）の左図は、構造物を構成する部品を個別に示している図である。後述する構造物編集部（ＣＡＤによる編集）により、図１（ａ）の左図の複数の部品から図１（ａ）の右図のような構造物が形成されることになる。構造物とは例えば、カメラやプリンタの筐体である。構造物の中にはＣＰＵや定着器等の発熱部、及びファンやフィンなどの冷却部が存在する。本実施例における熱解析では、これらを含む構造体の熱解析を行う。
【００１３】
この構造物に対して対流を含む熱解析を行う際、構造物の各表面が前記構造物の内部に露出しているか外部に露出しているかを判断する必要がある。一般に、外部に露出している表面（以下「外表面」という）は外気に直接接触する領域であるので、対流により熱を失いやすい。一方で内部に露出している表面（以下「内表面」という）は外気に直接接触しない領域であるので、対流により熱を失いにくい。
【００１４】
図１（ｂ）の構造物で濃く示した面が外表面、図１（ｃ）の構造物で濃く示した面が内表面である。
【００１５】
また、かかる構造物の上辺に空隙がある。外表面か内表面かの判定条件を「閉空間の外か内か」とすると、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の濃く示した面はどちらも外表面ということになる。しかし対流を含む熱解析を行う場合は図１（ｃ）を内表面として取り扱う必要がある。従来、外表面か内表面かの判定は、ユーザの経験に基づいて目視で行っていた。この作業は非常に負荷が高く、またユーザの過誤によるエラーを誘発するものであった。
【００１６】
＜本実施形態の原理＞
図２は本実施形態の原理を説明する図である。以下、図２（ａ）のファセット２０１及び図２（ｂ）のファセット２０２が内表面か外表面かを判定（以下「内外表面判定」という）する方法を説明する。
【００１７】
図３（ａ）のような正方形の構造物（ＣＡＤ形状）がある。図３（ｂ）はファセット（三角形）単位で分割された構造物を示している。ファセットに内外判定がされることとなる。なお後述する熱解析では熱回路網による解析が行われる。図３（ｃ）における黒点は熱回路網における節点を示している。図３（ｄ）は熱回路網における抵抗を模式的に示している。
【００１８】
さて熱回路網モデルを利用して熱解析を行う場合、形態係数Ｆが用いられる。この形態係数Ｆは輻射をモデル化する際に必要とされる。本実施形態では、かかる形態係数Ｆを利用して構造物の内外表面判定を行う。
【００１９】
まず各ファセットにおいて計算領域を示す壁面または無限遠方に対する形態係数を求める。この形態係数と閾値ＴＨを比較することにより、構造物の内外表面判定を行う。
数式１
Ｆ＞ＴＨ
数式２
Ｆ≦ＴＨ
数式１を満たす場合はファセットが構造物の外表面であると判定し、数式２を満たす場合はファセットが構造物の内表面であると判定する。
【００２０】
閾値ＴＨがゼロの場合は、構造物が完全に密閉されているかを判定することになる。閾値ＴＨは、ユーザが構造物の特性や環境を考慮して決定する。一方で経験の乏しいユーザや新規な構造物に対して適切な閾値ＴＨを決定するために、過去のデータを教師データとする人工知能等を用いて閾値ＴＨを決めても良い。
【００２１】
閾値ＴＨを０．６とした場合、図２（ａ）のファセット２０１は外表面であると判定され、図２（ｂ）のファセット２０２は外表面であると判定される。
【００２２】
以上の通り、本実施形態においては、熱解析を行う際に利用される形態係数Ｆを用いて構造物の内外表面判定を行う。
【００２３】
＜ハードウェア＞
図４は、本実施形態における構造物の熱解析のための情報処理装置４００のハードウェアの一例を示す図である。
【００２４】
情報処理装置４００は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の通信機能を備えた機器により実現される。情報処理装置４００は、ＣＰＵ４０１と、ＲＯＭ４０２と、ＲＡＭ４０３と、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）４０４と、ディスプレイ４０５と、通信Ｉ／Ｆ４０６と、を有する。ＣＰＵ４０１は、ＲＡＭ４０３をワークメモリとして、ＲＯＭ４０２、外部記憶装置４１０などに格納されたＯＳ（オペレーティングシステム）や各種プログラムを実行する。また、ＣＰＵ４０１は、システムバス４０８を介して各構成を制御する。尚、後述するフローチャートによる処理は、ＲＯＭ４０２や外部記憶装置４１０などに格納されたプログラムコードがＲＡＭ４０３に展開され、ＣＰＵ４０１によって実行される。入出力Ｉ／Ｆ４０４には、シリアルバス４０９を介して、外部記憶装置４１０が接続される。外部記憶装置４１０は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）である。ディスプレイ４０５は、熱解析結果の表示等を行う表示器となる。
【００２５】
＜情報処理装置＞
図５は情報処理装置４００の機能ブロック図を示している。情報処理装置４００のＣＰＵ４０１はＲＡＭ４０３をワークメモリとして用い、ＲＯＭ４０２に格納されたプログラムを実行することにより、図５に示す機能を実現する。なお、以下に示す処理のすべてが必ずしもＣＰＵ４０１によって実行される必要はなく、処理の一部またはすべてのＣＰＵ４０１以外の一つ又は複数の処理回路によって実行されるように情報処理装置４００を構成してもよい。
【００２６】
情報処理装置４００は、入力部５０１、構造物編集部５０２、形状データ取得部５０３、熱解析モデル作成部５０４、熱解析部５０５、表示部５０６、出力部５０７とからなる。また熱解析モデル作成部５０４は、解析条件設定部５１１、閾値ＴＨ設定部５１２、熱抵抗決定部５１３とからなる。更に熱抵抗決定部５１３は、形態係数取得部５２１、内外表面判定部５２２、輻射熱抵抗決定部５２３、対流熱抵抗決定部５２４、伝導熱抵抗決定部５２５とからなる。各部は図６に示す情報処理方法を実現するように機能する。
【００２７】
＜情報処理方法＞
図６は、本実施例における情報処理方法に対応するフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ６０１にて、ユーザの指示により入力部５０１は外部機器やネットワークを介して構造物データ（ＣＡＤデータ）を読み込む。構造物データは構造物を形成する部品の特性（形状や材質等）や部品同士の関連（位置・向きや接続、公差等）を含む。
【００２９】
ステップＳ６０２にて、構造物編集部５０２は、ユーザの指示により構造物データを編集する。
【００３０】
ステップＳ６０３にて、形状データ取得部５０３は、構造物の形状データを取得する。かかる構造物の形状データの中には、以降のステップにおける構造物のファセットや節点の情報等を含む。
【００３１】
ステップＳ６０４にて、解析条件設定部５１１は、ユーザの指示や外部機器からの入力により解析条件を設定する。解析条件には、構造物の外部環境（熱解析時の想定される温度や湿度）、構造物の材料データ、発熱体の特性、熱解析の計算ステップ等を含む。解析条件は前記構造物の形状データに含んでもよい。
【００３２】
ステップＳ６０５にて、閾値ＴＨ設定部５１２は、ユーザの指示により閾値ＴＨを設定する。閾値ＴＨは過去の入力値を参考にすることにより、自動的に決定してもよい。
【００３３】
ステップＳ６０６にて、形態係数取得部５２１は、各ファセットにおける形態係数を取得する。この際、従来輻射を含む熱解析において用いられてきた、形態係数の取得方法で良い。
【００３４】
ステップＳ６０７にて、内外表面判定部５２２は、各ファセットにおける内外表面判定を行い、内外表面情報を取得する。この内外表面判定においては、＜本実施形態の原理＞で示したように形態係数Ｆ及び閾値ＴＨを用いる。従来、輻射の熱解析に用いられていた形態係数を、本実施例では内外表面判定に用いる。内外表面情報は、構造物データが示す構造物の各表面が構造物の内部に露出しているか或いは構造物の外部に露出しているかを示している。
【００３５】
ステップＳ６０８にて、対流熱抵抗決定部５２４は、前述の内外表面情報と形状データとに基づいて、各節点間の対流熱抵抗値を決定する。
【００３６】
ステップＳ６０９にて、輻射熱抵抗決定部５２３は、前述の形態係数と形状データとに基づいて各節点間の輻射熱抵抗値を決定する。
【００３７】
ステップＳ６１０にて、伝導熱抵抗決定部５２５は、前述の形状データに基づいて各節点間の伝導熱抵抗値を決定する。
【００３８】
ステップＳ６１１にて、熱解析モデル作成部５０４にて得られた各種熱抵抗値と形状データとにより、熱回路網モデルによる熱解析を行う。
【００３９】
ステップＳ６１２にて、表示部５０６は、熱解析の結果を表示する。表示部５０６は、３ＤＣＡＤにおいて、構造物を示す表示オブジェクト上に温度を示す記号（例えばメッシュ）を重畳して表示する。また、表示部５０６は、内外表面情報を表示する。表示部５０６は、３ＤＣＡＤにおいて、構造物を示すオブジェクト上に内外表面を示す記号を重畳して表示する。
【００４０】
ステップＳ６１３にて、表示部５０６において表示された熱解析の結果を確認し、ユーザの所望の結果を得られたか否かを判断する。この判断は、人工知能等をつかって自動的に行っても良い。満足する結果であれば、ステップＳ６１４に進み、そうでなければ、ステップＳ６０２に戻る。また、表示部５０６において表示された内外表面情報を確認し、ユーザの所望の結果を得られたか否かを判断する。満足する結果であれば、ステップＳ６１４に進み、そうでなければ、ステップＳ６０２に戻る。ステップＳ６０４に戻ってもよい。また、前記判断はステップＳ６０７のあとに実施してもよい。
【００４１】
ステップＳ６１４にて、出力部５０７は、熱解析の結果または内外表面情報を外部機器などに出力する。
【００４２】
ステップＳ６１３にて、ユーザが満足しない場合は、構造物データの編集や解析条件を変更する。内外表面判定の結果にユーザが満足しない場合は、ユーザはステップＳ６０４にて、閾値ＴＨを再設定することになる。例えば、閾値ＴＨの初期値として０．６が設定されていた場合、図２（ｃ）のファセット２０３は内表面と判定される。しかしユーザがファセット２０３を外表面としたい場合は、ステップＳ６０４にて閾値ＴＨを０．５４より小さく設定しなおせばよい（例：ＴＨ＝０．３）。このようにユーザは内外表面判定に満足いかない場合でも、数多くのファセットに対して内外のフラグを手入力する必要はなく、閾値ＴＨを変更するだけで良い。
【００４３】
以上の通り、本実施形態においては、従来輻射の熱解析のために導出されていた形態係数を、対流の熱解析で用いられる内外表面判定に利用することにより、ユーザ負荷を著しく低減するとともに、ユーザによる入力エラーを減らす。
【００４４】
更に、形態係数取得部５２１が、輻射の熱解析のための形態係数を決定する機能と対流の熱解析のための形態係数を決定する機能とを実現することになる。即ち、形態係数の決定方法に何らかの変更があった場合、形態係数取得部５２１に対応するハードウェアやソフトウェアを一度変更すれば、輻射及び対流のそれぞれの機能を変更することが可能となる。
【００４５】
＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
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【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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