(57)【要約】【課題】  多分野にわたる設計コンテンツの習得度を定量的に把握する。【解決手段】  設計計算手段を実行することにより、習得度を演算して表示する設計支援装置であって、入力された情報を記憶する入力値データ記憶部１２と、設計計算手段が実行可能とされた計算実行部２４と、設計計算手段で実行される計算式の分野，分類名，ＩＤ，実施回数，計算式の初回実施日及び最終実施日、を関連付けて記録する実施回数データ記憶部１１と、を備え、計算式に必要とされる数値を入・出力装置１０へ入力した場合、入力された数値の組み合わせと、入力値データ記憶部１２に記憶された数値の組み合わせと、を比較し、同一でない場合に実施回数を加算して実施回数データ記憶部へ記憶し、記憶された実施回数と、ＩＤ毎に予め定められた習得回数と、に基づいて習得度を演算して表示する。【選択図】図１
2008216703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の設計計算に必要とされる複数の設計計算手段を設計者が学習する際に、対象となる前記構造物に対して正しく使えるかどうかを示す習得度を設計者が入・出力装置へ入力した情報から前記設計計算手段を実行することにより、演算して表示する設計支援装置であって、
前記入・出力装置から入力された情報を記憶する入力値データ記憶部と、
前記設計計算手段が実行可能とされた計算実行部と、
前記設計計算手段で実行される計算式の分野，分類名，ＩＤ，実施回数，前記計算式の初回実施日及び最終実施日、を関連付けて記録する実施回数データ記憶部と、
を備え、前記計算式に必要とされる入力画面が表示され、設計者が前記計算式に必要とされる数値を前記入・出力装置へ入力した場合、
入力された数値の組み合わせと、前記入力値データ記憶部に記憶された数値の組み合わせと、を比較し、同一でない場合に前記実施回数を加算して前記実施回数データ記憶部へ記憶し、
記憶された前記実施回数と、前記ＩＤ毎に予め定められた習得回数と、に基づいて前記習得度を演算して表示することを特徴とする設計支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記計算式の最終実施日より非実施期間を求め、前記ＩＤ毎に予め定められた前記非実施期間より非忘却係数を決定し、決定された前記非忘却係数と、前記習得度と、に基づいて熟練度を演算して表示することを特徴とする設計支援装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記習得度を前記計算式に必要とされる入力画面あるいは前記計算式の計算結果を示す画面に表示することを特徴とする設計支援装置。
【請求項４】
請求項２に記載のものにおいて、前記習得度と、前記熟練度と、を前記計算式の名称と共に表示することを特徴とする設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械・建築分野などの設計者が、設計計算を行う際に効率よく業務を行うための設計支援装置に関し、特に、設計計算に必要な計算式や形態のモデル化するための学習等に適用するのに好適である。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータやネットワーク等を使用した学習用教材では、学習した内容や履修情報を蓄積し、その評価を出力へ表示することで、学習の進捗状況の把握を容易にしたり、学習意欲の向上をはかったりする工夫がされている。この機能をはたすための例として、演習問題に対する学習ポイントを記憶し、学習終了後もそのポイントを再確認できるようにする装置が考案されており、例えば特許文献１に記載されている。  
学習用教材の他に、進捗状況の把握や意欲向上の効果を目的とした例として、コンピュータを使ったゲームプログラムなどでは、プレーヤーがある課題の実施に要した時間を記録したり、取得した得点を累積加算したりし、それらを成績として画面に表示したり、する方法があり、例えば特許文献２に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８４６５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５５４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
構造物の設計計算に必要な計算式等の設計計算手段（以後「設計コンテンツ」とする）は多分野にわたる。設計コンテンツを学習した時、実際の設計対象物に対して正しく使えるか、といった習得度を高くすることが必要とされる。習得度は、複数の課題を数多く実施することで、効果が得られる。また複数の設計コンテンツが適用できる場合、最適な設計コンテンツを速やかに見出す、といった応用性（熟練度）は、設計コンテンツの使用頻度によって変わってくる。  
上記従来技術においては、実施履歴の中から習得度に繋がる内容を選別しておらず、また熟練度に繋がる実施日や経過日数を加味していないため、出力装置に表示された履歴から習得度や熟練度を、定量的に把握することが困難である。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、多分野にわたる設計コンテンツの習得度を定量的に把握し、学習者が得たスキルを学習者本人のみならず、他人に対しても明確にして評価を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、構造物の設計計算に必要とされる複数の設計計算手段を設計者が学習する際に、対象となる前記構造物に対して正しく使えるかどうかを示す習得度を設計者が入・出力装置へ入力した情報から前記設計計算手段を実行することにより、演算して表示する設計支援装置であって、前記入・出力装置から入力された情報を記憶する入力値データ記憶部と、前記設計計算手段が実行可能とされた計算実行部と、前記設計計算手段で実行される計算式の分野，分類名，ＩＤ，実施回数，前記計算式の初回実施日及び最終実施日、を関連付けて記録する実施回数データ記憶部と、を備え、前記計算式に必要とされる入力画面が表示され、設計者が前記計算式に必要とされる数値を前記入・出力装置へ入力した場合、入力された数値の組み合わせと、前記入力値データ記憶部に記憶された数値の組み合わせと、を比較し、同一でない場合に前記実施回数を加算して前記実施回数データ記憶部へ記憶し、記憶された前記実施回数と、前記ＩＤ毎に予め定められた習得回数と、に基づいて前記習得度を演算して表示するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、計算式の実施回数に基づいて習得度を演算するので、多分野にわたる設計コンテンツであっても、習得度を定量的に把握することができる。したがって、学習者が得たスキルを学習者本人のみならず、他人が見ても明確に把握できるので、機械・建築分野などにおけるように複雑な設計計算が関連する場合であっても、的確な設計者を配置し、効率よく業務を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。  
図１は、全体の構成図を示し、設計支援装置１は、実施回数データ記憶部１１，入力値データ記憶部１２、これらの記憶部に格納された情報を抽出、あるいは新たな情報を書き込む実施記録入出力処理部２１、実施記録入出力処理部２１と連携して学習状況を画面へ表示する学習状況表示処理部２２などから構成されている。  
学習の際に設計計算を実行する計算実行部２４と、これと連携して計算に使用する入力値を取得したり実行結果を画面に表示したりする計算画面表示処理部２３がある。この計算画面表示処理部２３は、設計計算の教材として使用される計算式や画面表示するための図や表などが格納された教材表示・実行用データ記憶部１３からデータを抽出して画面表示を行う。そして、これらの動作は入・出力装置１０を介して操作者との情報交換が行われる。
【０００９】
実施回数データ記憶部１１の内容の例を図２に示す。計算式の分野及び分類ＩＤと、分類の名称を表す分類名と、計算式ＩＤと、各計算式ＩＤに対応する実施回数と、初めて実施した日付及び最後に実施した日付などの項目及び値があり、それぞれを関連付けて記録している。分類とは計算式を適用する構造の形態別にグループ化したものであり、分類
ＩＤがＨ０１に分類される計算内容の例として、学習者が使用する一覧表示画面を図３に示す。ＩＤとは記録されたデータの分類を識別するために利用される数字や記号，文字列等を示す。  
計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」から「ＳＭ−Ｈ０１−０５」に示すように、「真直梁」に分類される形状について、拘束方法や拘束部位，負荷方法や負荷部位の異なる複数のパターンがある。なお画面の右上には、後で説明するＨ０１の分類ＩＤに対する習得度数（あるいはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのような習得度ランク）ＳＤを表示している。また入力値データ記憶部１２の例を図４に示す。計算式ＩＤに関連付けるように、学習の際に学習者が入力した複数の入力値が格納されている。なお、図２及び図４に示した本実施例におけるデータ構成は、説明のため行列を使った表形式にしているが、各項目の値が関連するように整理されていれば良い。
【００１０】
入力値データ記憶部１２の機能について、図５，図６に示す計算画面と、図７に示す操作フローを使って説明する。  
図５の画面は、計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」（一端固定，集中荷重モデル）の入力画面で、図６の画面は、計算結果の表示画面である。また、本実施例における習得度及び熟練度は、数値によって表現されるものとし、それぞれ「習得度数ＳＤ」、「熟練度数ＥＰ」と称する。習得度及び熟練度はＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのようにランクとしても良い。学習者は図１に示した入・出力装置１０を介して、計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」の画面を表示する（ステップＳ１０１）。次に、学習者は荷重値を１００（Ｎ）、はり全長を
３００（mm）、梁を構成する材料のヤング率を１９６０００（Ｎ／mm2 ）などのように、課題に示された条件をもとに数値を入力する（ステップＳ１０２）。  
画面右下部の「計算実行」ボタンを押すと、入力された値が実施記録入出力処理部２１を介して入力値データ記憶部１２に格納される（ステップＳ１０３）。ここで、実施記録入出力処理部２１は、入力値データ記憶部１２に格納された計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」のデータの中から、全て同一の数値の組み合わせが無いか検索する（ステップＳ
１０４）。同一の組み合わせが無い場合には、実施回数データ記憶部１１へアクセスして実施回数Ｎを加算する（ステップＳ１０５）。あった場合には、履修済みと判断して実施回数データ記憶部１１への追記を省略する。
【００１１】
そして、入力された値を基に計算実行部２４によって計算され(ステップＳ１０６)、計算画面表示処理部２３によって図６のような結果表示画面を出力する(ステップＳ１０７)。なお、図６に示した結果表示画面の例では、画面上部に図５で示した入力値の内容を示し、画面下部に計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」によって計算された「反力」や「たわみ」「曲げモーメント」等といった計算値の分布を、図を用いて表示している。
【００１２】
次に、実施回数データ記憶部１１の機能を、図８のような学習状況の表示画面と、図９に示す操作フローを使って示す。  
図１に示した入・出力装置１０を介して、学習者が学習状況を表示するメニューが選択されると、学習状況表示処理部２２は教材表示・実行用データ記憶部１３から計算式の名称が分野別に関連付けられた「ツリー構造」のデータを取得する（ステップＳ２０１）。ここで、「ツリー構造」のデータには、分類の名称と分類ＩＤとが関連付けて抽出される。  
次に実施回数データ記憶部１１から、分類ＩＤに対応する実施回数、及び実施日のデータを取得する（ステップＳ２０２）。ここで取得したデータを基に、習得度数ＳＤや熟練度数ＥＰの算出を行い（ステップＳ２０３）、例えば棒グラフや数値等の形で、計算式名称と並べて画面に表示する（ステップＳ２０４）。
【００１３】
ステップＳ２０３における習得度数ＳＤの算出方法の例を、図１０（ａ），（ｂ），
（ｃ）を使って示す。  
各分類ＩＤに対して予め習得度数ＳＤが１００％の条件となるための習得回数ＪＣが設定されており、平均実施回数Ｎａｖと、実施度係数Ｋとを使って、ＳＤ（％）＝（Ｎａｖ÷ＪＣ）×Ｋ×１００の式によって表されるものとする。平均実施回数Ｎａｖとは、実施回数データ記憶部１１に格納された、各計算式ＩＤの実施回数Ｎを、各分類ＩＤについて平均した値である。実施度係数Ｋとは、各分類ＩＤにおいて未実施の計算式ＩＤがある時に付加される係数で、各分類ＩＤに対応する計算式ＩＤを全て実施していれば「１.０」、１つでも実施していないものがあれば「０.５」とした。
【００１４】
図１に示した入・出力装置１０を介して、学習者が学習状況表示部にあるプログラムを実行させると、実施回数データ記憶部１１から抽出した実施回数Ｎに対して、予め設定された習得回数ＪＣを使って、ＳＤ＝Ｎａｖ÷ＪＣ×Ｋ×１００＝９.０÷１０×１.０×
１００＝９０となり、習得度数ＳＤは９０％と評価される。  
以上の要領で、全ての分類ＩＤに対する習得度数ＳＤを求め、図８に示した画面のように、分類ＩＤに相当するメニューと併記し、設計コンテンツ全体の習得状況を把握することが可能となる。また図７に示した例の他、図５，図６に示したように、分類ＩＤ
「Ｈ０１」の計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」の画面へ、この習得度数ＳＤの値（８８％または９０％）を表示する。この時には、計算画面表示処理部２３に、学習状況表示処理部２２の機能をあわせ持ったり、あるいは学習状況表示処理部２２にて算出した値を、データ記憶部に格納したりするなどの方法で利用することができる。
【００１５】
図５に表示している習得度数ＳＤ（８８％）の値は、計算式ＩＤ「ＳＭ−Ｈ０１−０１」を使った計算実行前であり、このときの平均実施回数Ｎａｖは８.８回 で、習得度数
ＳＤ＝Ｎａｖ÷ＪＣ×Ｋ×１００＝８.８÷１０×１.０×１００＝８８（％）である。また習得度数ＳＤは、平均実施回数Ｎａｖが規定の習得回数ＪＣを超えると１００％以上の値になるので、プログラムなどを使って１００％に置き換えるようにしてもよい。習得度数ＳＤの計算式、使用する係数や事前に設定する習得回数ＪＣ、また算出した値の入・出力装置１０を介した表示方法は、必要に応じて変えれば良い。
【００１６】
ステップＳ２０３における熟練度数ＥＰの算出方法の例を、図１１（ａ），（ｂ），
（ｃ）を使って示す。熟練度数ＥＰを、習得度数ＳＤと、非忘却係数Ｌを使って、ＥＰ＝ＳＤ×Ｌの式によって表されるものとする。非忘却係数Ｌとは、計算を実施した日から熟練度数ＥＰの値を画面表示した日（「ＥＰ値表示日」とする）までの期間によって変わる値で、本実施例では図１１（ｃ）に示すような４段階の値とした。  
実施回数データ記憶部１１から抽出した最終実施日を、ＥＰ値表示日から差し引いて、非実施期間Ｄを求める。非実施期間Ｄが予め設定した期間によって非忘却係数Ｌを決定する。例えば、分類ＩＤがＨ０１の最小非実施期間が３６５日以下だった場合、非忘却係数Ｌ＝１０となる。この時、分類ＩＤがＨ０１における熟練度数ＥＰは、ＥＰ＝ＳＤ×Ｌ＝９０.０×１０＝９００ となる。また、分類ＩＤがＳ０２の熟練度数ＥＰは１５０となる。分類ＩＤがＨ０１とＳ０２について、計算式ＩＤのＳＭ−Ｈ０１−０１とＳＭ−Ｓ０２−０１とでは最大実施回数が１２回と同一であるが、ＳＭ−Ｈ０１−０１の非実施期間が短いことや、習得度数ＳＤが高いことが影響し、熟練度数ＥＰに大きく差が出ているのが確認できる。そして、分類ＩＤの中にある計算式を満遍なく実施し、かつ様々な計算を経験することで、熟練度数ＥＰが増加する。
【００１７】
熟練度数ＥＰは、単に設計支援装置を使った学習で終わることなく、設計計算システムを使った設計業務の経験によって、得意・不得意分野を把握する目安とすることができ、また本システムを使って学習者が得たスキルを、学習者以外の者に対して明確に示す、といった活用が可能となる。
【００１８】
以上の例において、入・出力装置１０を介して画面等へ表示する内容のうち、設計コンテンツに使用する名称は、計算式そのものや、計算内容あるいは設計内容を連想させる図を用いても良く、また習得度（習得度数ＳＤ）や熟練度（熟練度数ＥＰ）の表示方法は、それぞれの度数の違いを連想できるものであれば図形の形状や配色の違い、また音声などを用いた表現方法でも良い。
【００１９】
使用した習得度数ＳＤや熟練度数ＥＰの算出式及び算出に使用した項目は、最低限必要な内容を記載したものであるので、設計コンテンツの内容や適用用途に応じて、様々な項目や係数を使って計算し、また実施回数データ記憶部１１及び入力値データ記憶部１２に追加するのが望ましい。また、実施回数データ記憶部１１及び入力値データ記憶部１２へ格納する内容について、複数の学習者を対象にしたり、ネットワークを介した仕様にしたりする場合には、ユーザＩＤ等の識別情報を付加する必要がある。
【００２０】
図５に示したような計算画面の例において、入力する値に材料の物性値が含まれる時、材料データベースと連携して、その値を抽出できるようにする場合には、計算画面表示処理部２３と材料データベース（図示せず）と連携できるようにする。
【００２１】
図６に示したフローは１つの例であり、Ｓ１０６の計算実行処理は、Ｓ１０２からＳ
１０７の間にあれば何れでも良い。そして、Ｓ１０２の処理で入力されるデータは数値に限定されるものではない。図９に示したフローにおいても同様である。  
実施回数データ記憶部１１及び入力値データ記憶部１２は、それぞれの機能の違いを明確にするため、２つに分けているが、それぞれの機能が確立されていれば、計算機内部で物理的に分割する必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による一実施形態のシステム全体構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態の実施回数データ記憶部のデータ構造を示す構成図。
【図３】一実施形態による計算モデルの選択画面。
【図４】一実施形態による入力値データ記憶部のデータ構造を示す構成図。
【図５】一実施形態による計算実行前の画面。
【図６】一実施形態による計算結果の表示画面。
【図７】一実施形態による計算時の処理を示すフローチャート。
【図８】一実施形態による習得度数の表示画面。
【図９】一実施形態による習得度数の計算時の処理を示すフローチャート。
【図１０】一実施形態による実施回数データ記憶部のデータ例を示す構成図。
【図１１】一実施形態による各データ例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２３】
１  設計支援装置
１０  入・出力装置
１１  実施回数データ記憶部
１２  入力値データ記憶部
１３  教材表示・実行用データ記憶部
２１  実施記録入出力処理部
２２  学習状況表示処理部
２３  計算画面表示処理部
２４  計算実行部
【図１】
2008216703.tif 000003
【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】
2008216703.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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