(57)【要約】      （修正有）【課題】民間航空機の組立て設計及び計画の情報を獲得するためにコンピュータシステムを使用することを含む方法を提供する。【解決手段】民間航空機の設計及び組立て計画の情報を獲得するためにコンピュータシステムを使用することを含む。コンピュータシステムは、組立て状況に関する問題の原因を特定するために組立て状況モデル３１０を使用する。組立て状況モデル３１０は、初期状態３１２、最終状態３１４、及び初期状態３１２から最終状態３１４へ移行するための組立工程３１６を含む。コンピュータシステムは、各原因をパラメーターの関係形式としてコンピュータメモリに記憶する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
民間航空機の設計及び組立て計画の知識を獲得するためにコンピュータシステム（８００）を使用することを含む方法であって、
組立て状況に関する問題の原因を特定するために、初期状態（３１２）と、最終状態（３１４）と、初期状態（３１２）から最終状態（３１４）へ移行するための組立工程（３１６）とを含む組立て状況モデル（３１０）を使用すること、及び
各原因をパラメーターの関係形式としてコンピュータメモリに記憶すること
を含む方法。
【請求項２】
知識は、組立て状況モデル（３１０）を専門家に提示することにより得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
組立工程は、初期状態（３１２）から最終状態（３１４）を形成する一連のステップをリストアップする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
問題の原因を特定することは、組立て状況の潜在的な問題を特定すること、問題の原因を特定すること、及び原因を引き起こす組立工程でステップを特定することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
関係形式及びパラメーターは、組立て状況に関連付けられたデータ構造（６１０）に付加される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数の問題（６２０）、解決（６４０）、及び制約（６３０）を含む各データ構造（６１０）に、解決及び問題を付加することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
設計及び計画下で組立品の問題を診断するために知識にアクセスすること、及び
設計及び計画下で組立品を修正するためにアクセスされた知識を使用すること
の少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
民間航空機の設計方法であって、
航空機の部品及び部品を含む組立品についてのＣＡＤ情報を生成するためにコンピュータシステムを使用すること、及び
ＣＡＤ情報に含まれない任意の組立て問題に警告を与えるためにコンピュータベースの知識システム（８００）を参照すること
を含む方法。
【請求項９】
警告を与えられた組立て問題に対処するために少なくともいくつかの部品を再設計することをさらに含み、これにより組立て問題が部品の設計及び組立て計画中に解決される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
組立て中に習得された教訓から知識システムへ知識を付加することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
民間の航空機は、航空会社の顧客に特化した専門分野の特性及び選択肢を有する特注製品である。通常、航空会社又は他の顧客は、新たな航空機の要件を明確に特定し、限定された任意の数の航空機がその要件に対して設計される。
【０００２】
航空機の製造は、自動車の製造とは異なる。自動車は、組立てラインで大量生産される。製造及び組立ては、大部分が自動化されている。それに対して、航空機の製造は、工学ＣＡＤ情報及び工程仕様から得られる作業指示書による厳格な制御下で、自動化された工程並びに職人による手動工程の組み合わせを含む。品質と精度はかなり高く、はるかに多くの部品及び組立品が一体化され、完成品ができあがるまでに試験が行われる。
【０００３】
大規模な民間航空機の設計、製造及び組立てには、多くの技術レベルが含まれる。多数のエンジニア及び技術者が含まれる。航空機の設計には、一般的なモデルを開発する構造エンジニア及びシステムエンジニア、並びにこれらのモデルの設計審査を実行するエンジニアが含まれる。航空機の製造及び組立てには、製造可能性のモデルにアクセスし部品を製造し組み立てる計画書を作成する生産エンジニア及び設備エンジニアが含まれる。また、製造及び組立てには、部品を製造し組み立てる機械工、修理工、及び他の熟練した技術者が含まれる。
【０００４】
ここで、プロトタイプ部品が設計され製造されたが、航空機の組立品に適合しないという例について考える。部品は再設計のためにエンジニアに送り戻さる。次いで、再設計された部品が製造され、適合するように再び試験が行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような試行錯誤は時間の浪費であり、種々の構成で試験を実行するには、さらに技術的努力が拡大する。この種の問題は、管及びケーブルなどのシステム設置に非常によく見られるが、チューブ接合屈曲点、任意の数のコネクタ、ルーティング経路、及びアクセスのしやすさは、ＣＡＤ情報の中で容易に決定されるものではない。
【０００６】
この種の問題は、設計及び組立て計画中に製造性の高い専門家をエンジニアの隣に配置することにより克服することができる。この手法は単純なシステムでは実行可能であるかもしれないが、民間航空機などの複合システムの製造及び組立て計画には実行不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示の一態様では、民間航空機の組立て設計及び計画の情報を獲得するためにコンピュータシステムを使用することを含む方法が提供される。コンピュータシステムは、組立て状況に関する問題の原因を特定するために組立て状況モデルを使用する。組立て状況モデルは、初期状態、最終状態、及び初期状態から最終状態へ移行するための組立工程を含む。また、コンピュータシステムは、各原因をパラメーターの関係形式としてコンピュータメモリに記憶する。
【０００８】
有利には、知識は、組立て状況モデルを専門家に提示することにより得られる。有利には、組立工程は、初期状態から最終状態を形成する一連のステップをリストアップする。好ましくは、問題の原因を特定することは、組立て状況の潜在的な問題を特定すること、問題の原因を特定すること、及び原因を引き起こす組立工程でのステップを特定することを含む。有利には、関係形式及びパラメーターは、組立て状況に関連付けられたデータ構造に付加される。好ましくは、方法は、解決及び問題を各データ構造に付加することをさらに含む。好ましくは、データ構造は、複数の問題、解決、及び制約を含む。好ましくは、解決は、専門家に相談するための提案を含む。好ましくは、パラメーターは、独立したパラメーターである。有利には、コンピュータメモリは、検索可能である。好ましくは、方法は、設計及び計画下の組立品の問題を診断するために知識にアクセスすることをさらに含む。好ましくは、方法は、設計及び計画下で組立品を修正するためにアクセスされた知識を使用することをさらに含む。
【０００９】
本発明の開示のさらなる態様では、各々が初期状態、最終状態及び初期状態から最終状態への移行の組立工程を含む組立て状況モデルを提示して組立て状況に関する問題の原因を特定するようにプログラムされ、原因をデータ構造に付加するサーバシステム、及びデータ構造を記憶するためのデータベースを含む知識システムが提供される。
【００１０】
有利には、サーバシステムは、知識獲得インターフェースを少なくとも一つのクライアントにアップロードして、組立て状況モデルを提示しかつ専門家に組立て状況に関する問題の原因を指示するようにプログラムされる。有利には、組立工程は、初期状態から最終状態を形成する一連のステップをリストアップする。有利には、サーバシステムは、クライアントがデータベースを検索できるように、知識アクセスインターフェースをクライアントに提供するようにさらにプログラムされる。有利には、データ構造の少なくとも一つは、複数の問題、解決、及び制約を含む。
【００１１】
本発明の開示のさらなる態様では、民間航空機の設計方法であって、航空機の部品及び部品を含む組立品についてＣＡＤ情報を生成するためにコンピュータシステムを使用すること、及びＣＡＤ情報に含まれない任意の組立て問題に警告を与えるためにコンピュータベースの知識システムを参照することを含む方法が提供される。
【００１２】
有利には、方法は、警告を与えられた組立て問題に対処するために少なくともいくつかの部品を再設計することをさらに含み、これにより組立て問題が部品の設計及び組立て計画中に解決される。有利には、方法は、組立て中に習得された教訓から知識を知識システムへ付加することをさらに含む。
【００１３】
これらの特徴、及び機能は、種々の実施形態において単独で達成することができるか、または他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態のさらなる詳細は、下記の説明及び図面を参照することによって理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】民間航空機の製造工程の図である。
【図２Ａ】民間航空機などの複合システムの設計及び組立て計画を促進するためのシステムの図である。
【図２Ｂ】民間航空機などの複合システムの設計及び組立て計画方法の図である。
【図３】組立て状況モデルの図である。
【図４】コンピュータベースの知識システムの知識獲得方法の図である。
【図５】関係形式での問題−原因を表す方法の図である。
【図６】組立て状況データ構造の図である。
【図７】別の組立て状況モデルの図である。
【図８】コンピュータベースの知識システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで民間間航空機製造工程の例を示す図１を参照する。ブロック１１０では、民間航空機が顧客により発注される。たとえば、顧客は、航空会社とする。
【００１６】
ブロック１２０では、部品及びコンポーネントが得られる。航空機の部品及びコンポーネントは購入されることもあれば、設計及び製造されることもある。
【００１７】
ブロック１３０では、これらの部品及びコンポーネントが主要な航空機の組立てセクション、すなわち、機体１３２、翼１３４、尾部１３６、及び制御面１３８を形成するために使用される。航空機によっては、機体が、前方本体及び機首胴体１３２ａ、中間本体１３２ｂ、並びに後方本体１３２ｃを含むものもある。
【００１８】
ブロック１４０では、これらの主要航空機組立てセクション１３２〜１３８が結合される。システムで試験が行われ、表面仕上げが適用される。
【００１９】
ブロック１５０では、最終的な組立てが行われる。最終的な組立ての部品として、着陸ギア、エンジン、内装及び乗客用付属部品が取り付けられる。
【００２０】
ブロック１６０では、システム点検及び飛行試験が実行される。ブロック１７０では、民間航空機が顧客に納品される。
【００２１】
次に、民間航空機などの複合システムの設計及び組立て計画を促進するためのコンピュータベースの知識システム２００を示す図２Ａを参照する。知識システムの２００は、複合システムの組立てに関する問題、原因及び解決についての知識を獲得するための知識獲得インターフェース２０２を含む。
【００２２】
知識システム２００は、知識獲得インターフェース２０２により獲得された知識を記憶するデータベース２０４、及び複合システムの設計及び組立て計画中に知識にアクセスするための知識アクセスインターフェース２０６をさらに含む。知識は、設計及び組立て計画中に組立て問題に対処するために使用される。
【００２３】
民間航空機などの複合システムの設計及び組立て計画の方法を示す図２Ｂを参照する。ブロック２１０では、コンピュータシステムが複合システムの部品設計及び組立て計画のために使用される。たとえば、民間航空機の設計には、コンピュータモデルを開発する構造エンジニア及びシステムエンジニア、並びにこれらのモデルの設計審査を実行するエンジニアが含まれる。組立て計画は、一連の組立て、種々の部門間での衝突、及び保守要求についての種々の可能性を考慮する。多くのエンジニアが部品設計及び組立て計画中に必要とされる。
【００２４】
ブロック２２０では、知識アクセスインターフェース２０６は、任意の組立て問題を特定するために使用される。設計者及び組立て計画者は、組立て状況を知識アクセスインターフェース２０６に提示し、これにより任意の組立て問題を特定する。
【００２５】
ブロック２３０では、知識は、組立て状況での任意の組立て問題に対処するために使用される。たとえば、部品及び組立品は、組立て問題に対処するために再設計される。
【００２６】
組立て状況の一例として、組立ては、壁を介してルートが決定される管で設計される。管のルートを決定するために、管はある曲げ半径で設計される。設計者の知らないうちに、その曲げ半径はある制約に反することがある。しかしながら、知識アクセスインターフェース２０６は、その制約を特定し、管が制約に反することを示す。それに応じて、設計者は、異なる曲げ半径を有するように管の再ルート決定を行う。ゆえに、組立て中にではなく、設計中に管の再ルート決定が行われる。
【００２７】
別の例として、二つの管セクションを結合するために、到達しづらいアクセスエリアが提供される。設計エンジニアは、二つの管セクションを結合する外部ツールの利用制限に気づかないかもしれない（製造設備エンジニアは、これらの制限に気づく可能性が高い）。知識アクセスインターフェース２０６は、この問題を特定し、設計エンジニアが製造設備エンジニアに相談するよう忠告する。
【００２８】
類似の例では、知識アクセスインターフェース２０６は、航空宇宙構造のモールド線に穴を開ける自動ロボットシステムのツールチップのアクセス可能性を考慮する。知識アクセスインターフェース２０６は、設計エンジニアに設備エンジニア及びシミュレーションモデリング専門家にスピンドルの大きさ及び部品の表面に近づく際の設置面積を注意深く評価することを要求するように忠告する。設計中に調整を行うことにより、時間及びコストが節約される。
【００２９】
別の例として、配線束が構造アクセス穴を介してルート決定される。知識アクセスインターフェース２０６は、配線周囲の絶縁体の厚さに対する制約及び結合された厚さにアクセスする難しさを特定する。また、知識アクセスインターフェース２０６は、コネクタの場所及びワイヤストランドと留め金具などの鋭器との間の接触及び摩擦の可能性について忠告する。さらに、知識アクセスインターフェース２０６は、製造専門家にこの組立て状況を注意深く評価させるよう薦める。
【００３０】
さらに別の例は、人間工学を含む。ＣＡＤモデルで組み立てられた部品は、人的疲労及び仕事中の怪我を引き起こすかもしれない。知識アクセスインターフェース２０６は、人間工学を問題と特定し、部品の設計中に修正を行うように製造専門家による再検討を提案することができる。
【００３１】
ここでのシステム及び方法は、多くのエンジニアを含む大規模な複合システムの設計及び組立て計画段階中に組立て問題を考慮するために実行可能な手法を提供する。知識システムにより、実際の組立て中ではなく設計及び組立て計画中に、組立てエラー及び設計エラーの把握及び修正が可能になる。その結果、ここでのシステム及び方法は、部品及び組立品、特にＣＡＤ情報から容易に判定されない部品及び組立品を設計する際の試行錯誤を減らす。種々の構造で試験を行う技術努力が縮小又は除去されるので、民間航空機などの複合システムの設計及び製造の時間及びコストも削減される。
【００３２】
上述のいくつかの例で示されたように、組立て（組立て製品及び組立工程の両方として）に関するすべての情報及び知識がＣＡＤ情報の中に存在するわけではない。知識システム２００は、ＣＡＤ情報の中に存在しない知識を付加する。
【００３３】
システム２００の知識は、異なる時間に異なる方法で獲得される。第一の例として、知識は、「専門家」に相談することにより獲得される。ここで使用されるように、専門家とは、それらの組立て分野における十分な実経験及び理解を有する者のことであり、状況に対処する資質を有することが期待される。理想的には、専門家は、組立て分野にかなりの経験を有する。
【００３４】
第二の例として、知識は、組立て中に「習得された教訓」から得ることができる。もし組立て中に問題が特定され上手く解決されれば、問題と解決は、データベース２０４に付加される。このように、知識は蓄積し、時間をかけて増加する。
【００３５】
ここで、図３を参照する。いくつかの実施形態では、コンピュータベースの知識システムの知識は、組立て状況モデル（ＡＳＭ）３１０として各組立て状況を提示することにより、獲得され記憶される。概して、組立ては、二つ以上の部品を結合して一体構造を形成する工程である。組立工程は、単独のパラメーターではなく、製品及び工程に関する異なるパラメーターの組み合わせを含むことができる。ＡＳＭ３１０は、組立て状況を初期状態３１２から最終状態３１４までの移行として表す。いくつかの例では、初期状態３１２は別個の部品の集合であり、最終状態３１４は部品の部分組立品又は最終組立品である。組立工程３１６は、初期状態３１２から最終状態３１４への移行の段階を指す。より大きな組立工程に拡張されると、ひとつのＡＳＭ３１０の最終状態３１４は、次のＡＳＭ３１０の初期状態３１２として使用される（図７参照）。ゆえに、他の例では、初期状態３１２は、複数の部分組立品を含む。
【００３６】
ＡＳＭ３１０により、知識を獲得しかつ知識システム２００にそれを記憶することがより簡単になる。ＡＳＭ３１０の文脈における知識の獲得は、組立て分野で起こりうる問題について直接質問することよりも簡単である。知識の獲得は、専門家の組立ての特定のステップに関する問題及び問題の原因探しの助けとなる。
【００３７】
ここで、コンピュータベースの知識システムに関する組立て状況についての知識の獲得方法を示す図４を参照する。ブロック４１０では、ＡＳＭは、一又は複数の専門家に提示される。組立て状況がＡＳＭとして提示されるので、組立て状況は、組み立てられていない（初期の）状態での一組の部品として提示される。初期状態から最終状態までの移行中に、これらの部品は、組立工程で述べられたように、特定の一連のステップで漸次組み立てられるだろう。
【００３８】
ブロック４２０では、専門家は、組立工程の各ステップに関する潜在的な問題を特定するよう求められる。ブロック４３０では、専門家は、各問題の原因又は各原因に生じるステップを特定するよう求められる。たとえば、専門家は、特殊な構造下でケーブルに擦れる留め金具グリップに関する潜在的な問題に気づくかもしれない。この擦れは、最終的にはケーブルの絶縁体をすり減らし、ワイヤーの摩擦を引き起こす。この問題の原因は、長すぎる留め具グリップであるかも知れない。
【００３９】
ブロック４４０では、問題の原因は、制約違反として表される。次に、制約は、パラメーター及び関係の観点から関係形式で表される。パラメーターは、定量値（距離、穴の直径、留め金具の長さ、留め金具の空間、部品の数、部品の重量、結合部の数など）として表される。ここで、プレートを通るケーブル束の問題を考える。パラメーターＸは曲げ半径として表され、パラメーターＹは最小曲げ半径とされる。この関係形式において、制約は、Ｘ＞Ｙと表わされる。もし制約に反すれば、問題が生じる。
【００４０】
ブロック４５０では、各制約がデータ構造に付加され、コンピュータメモリに保存される。データ構造は名前を有し、組立て状況を表す。データ構造は、少なくとも一つのパラメーターについてのフィールドを有する。たとえば、「ケーブル束」と名付けられたデータ構造は、パラメーターとして「ケーブルの最小半径」及び「曲げ半径」を有する。また、データ構造は、制約として関係形式Ｘ＞Ｙを記憶する。
【００４１】
ブロック４６０では、一又は複数の解決及び問題がデータ構造に付加される。解決は、提案として特徴づけられる。たとえば、留め金具グリップ問題に関する提案は、特定の種類の構造についての留め金具グリップを探すことであるかもしれない。
【００４２】
ここで、図５を参照するが、図５は、関係形式における問題の原因を表す通常の方法を示す。ブロック５１０において、原因は、制約Ａ  ｒｅｌ  Ｂと表され、ここでＡ及びＢはパラメーター、ｒｅｌは関係とする。ブロック５２０では、データ構造に制約が付加される。
【００４３】
ブロック５３０では、制約の独立パラメーター、及び従属パラメーターの式がデータ構造に付加される。たとえば、パラメーターＡは、組立て状況で他のパラメーターから独立した値を有する。しかしながら、ここでＢ＝Ｃ＋Ｄとすると、パラメーターＢの値は、他のパラメーターＣ及びＤによって決まる。それの最終形式では、制約が独立パラメーターの観点でのみで表される。
【００４４】
図６を参照する。ここでのデータ構造は、組立て状況の単独の制約に限定されない。図６に示されるように、データ構造６１０は、組立て状況に関する複数の問題６２０、複数の制約６３０、及び複数の解決６４０を有する。制約６３０は、独立パラメーター６６０の機能とされる従属パラメーター６５０の関係として表される。
【００４５】
図７を参照する。ここでのＡＳＭは、単独の初期状態、組立工程、及び最終状態に限定されない。ここでのＡＳＭは、複数の組立工程、初期状態及び最終状態を含む。ここで、組立品及び部品の組み合わせである図７に示されたＡＳＭ７１０について考える。ＡＳＭ７１０は、合計ｎ個の部品を含む。第一のＡＳＭ７２０の最終状態は、第一の部品及び第二の部品の組立品である。第二のＡＳＭ７３０の最終状態は、第一のＡＳＭ７２０の最終状態及び第三の部品の組立品である。第三のＡＳＭ７４０の最終状態は、第二のＡＳＭ７３０の最終状態及び第四の部品の組立品である。最終のＡＳＭ７５０の最終状態は、第三のＡＳＭ７４０の最終状態及び第ｎ番目の部品の組立品である。
【００４６】
各ＡＳＭ７１０は、仕様、インストール説明書などの製品及び工程情報から構成される。この情報は、材料及び工程エンジニアにより書かれる。すべての組立てステップでの別個の部品及び部分組立品は、ＣＡＤ情報のような組立て製品情報から調達される。
【００４７】
ここで図８を参照すると、コンピュータベースの知識システム８００の例が示される。知識システム８００は、一又は複数のクライアント８２０が知識（たとえば、データ構造の形式で）をデータベース８３０に付加すること、及び一又は複数のクライアント８２０が組立て状況についての知識に関するデータベース８３０を検索することを可能にするサーバシステム８１０を含む。
【００４８】
クライアント８２０は、グラフィカルユーザインターフェースを介してサーバシステム８１０と通信することができる。いくつかの実施形態では、サーバシステム８１０は、ウェブページ形式でインターフェースを提供することができる。ここで、知識を付加するためのウェブページについて考える。クライアント８２０にダウンロードされると、そのようなウェブページは、ＡＳＭを専門家に提示するフォームフィールド８２２を提供し、組立工程の各ステップに関する潜在的な問題を特定し、各問題の原因を特定し、パラメーター及び関係の点で各原因を表し、かつ解決を提供するように専門家に求める。フォームフィールド８２２は、専門家に部品及び工程の標準の専門用語を使用させる。入力された情報は、サーバシステム８１０にアップロードされ、そこでデータ構造が形成され、データベース８３０でデータ構造が記憶される。
【００４９】
ここで、知識を検索するためのインターフェースについて考える。インターフェースは、状況、パラメーター、及び潜在的な問題のリストをリストアップする検索能力を有する。いくつかの実施形態では、サーバシステム８１０は、ウェブページ形式でインターフェースを提供することができる。クライアント８２０にダウンロードされると、ウェブページにより、クライアント８２０は、特定の組立て状況に関するデータ構造のデータベース８３０を検索することができる。また、クライアント８２０は、検索結果をダウンロードして、設計エンジニアに表示することができる。検索結果により、設計エンジニアは、設計と同時に組立て問題を考慮することができる。
【００５０】
ここでの方法及びシステムは、民間航空機に限定されない。ここでの方法及びシステムは、潜水艦、ミサイル、宇宙システム、及び非常に複雑であり、設計及び組立て計画中に多数の熟練者を含む他のシステムに適用可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【外国語明細書】
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