(57)【要約】【課題】  力学特性の評価が実際に実施される過程における各種の条件変動を考慮した実用性の高い最適解を求めることができる樹脂製品の設計方法を提供する。【解決手段】  この樹脂製品の設計方法は、（１）設計変数に応じて所定の構造を有する被評価モデルを作成する工程と、（２）所定の解析ソフトによって被評価モデルの力学特性を計算する工程と、（３）力学特性を評価する工程と、（４）設計変数を所定のアルゴリズムに従って選択する工程を有し、（１）から（４）の工程を反復することによって、樹脂製品の力学特性を最適化する樹脂製品の設計方法である。そして、（１）の工程において、評価条件の変動を想定した被評価モデルを複数作成し、（２）の工程において、評価条件の変動を考慮した複数のサンプリング計算を実施し、（３）の工程において、サンプリング計算から得られた、力学特性の、評価条件の変動に対する信頼性を評価することを特徴とする。【選択図】      図９
2008293139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）設計変数に応じて所定の構造を有する被評価モデルを作成する工程と、
（２）所定の解析ソフトによって前記被評価モデルの力学特性を計算する工程と、
（３）前記力学特性を評価する工程と、
（４）前記設計変数を所定のアルゴリズムに従って選択する工程を有し、
前記（１）から（４）の工程を反復することによって、樹脂製品の力学特性を最適化する樹脂製品の設計方法において、
前記（１）の工程において、評価条件の変動を想定した前記被評価モデルを複数作成し、
前記（２）の工程において、評価条件の変動を考慮した複数のサンプリング計算を実施し、
前記（３）の工程において、前記サンプリング計算から得られた前記力学特性の、評価条件の変動に対する信頼性を評価することを特徴とする樹脂製品の設計方法。
【請求項２】
前記（１）の工程において、特定の機能を行うマクロ操作を定義する機能マクロファイルを事前に複数種類用意し、この複数種類の機能マクロファイルを組み合わせて実行することを特徴とする請求項１に記載の樹脂製品の設計方法。
【請求項３】
前記機能マクロファイルは、前記被評価モデルを評価条件の変動に伴って修正する機能を行うものであることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製品の設計方法。
【請求項４】
前記機能マクロファイルに、前記被評価モデルを前記評価条件の変動に伴って修正する機能を行うものを含んだ機能マクロファイル内に記述されている前記評価条件の変動に関係するパラメータを修正することで、前記評価条件の変動を反映した前記被評価モデルを複数作成することを特徴とする請求項３に記載の樹脂製品の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、数値解析と計算機支援による最適化手法の組み合わせを用いて、樹脂製品の力学特性を最適化を行う樹脂製品の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製品は、その多くの利点を活かして多種の工業製品の主要要素としてますますその用途を広げつつある。このような製品の開発において、仮想モデルにて力学特性を評価する解析技術は、開発期間短縮・コスト削減の面から非常に有効なツールであるといえる。近年、このような解析技術と計算機支援最適化（ＣＡＯ）技術の組み合わせによって、特定の用途に望まれる力学特性を持つ製品構造を求める構造最適化手法も実用化されつつある。
【０００３】
例えば、衝撃吸収特性の評価のような高度に複雑な力学特性を最適化するための構造最適化手法の一例を、自動車等において乗員保護を目的とした車室内装部品として使用されるプラスチック製衝撃吸収用部品の設計について説明する。近年、乗員保護を目的とした車室内衝撃規制（ＦＭＶＳＳ２０１Ｕ等）が強化され、このような部品に対しても、より高度な衝撃吸収特性が求められている。この例の衝撃吸収用の内装部品は、室内に面する意匠部と、その裏面側のリブ構造体とを有している。図１２は、そのような部品を製造するプロセスのフロー図であり、以下の工程を含んでいる。
【０００４】
まず、ステップ２において設計対象部品の意匠部を決め、基準形状を決定する。ステップ３において、基準形状の解析モデルを作成する。そして、ステップ４において、設計対象となる修正部分（リブ部）を作成し、これを基準形状に組み合わせた解析モデルを作成する。
【０００５】
次に、ステップ５において、作成した解析モデルを用いて衝撃解析を実行し、ステップ６において、衝撃解析の結果のデータから衝撃吸収性能を評価する。この評価値に対して、ステップ７において、衝撃吸収性能を最良とするリブ部構造であるかを判断する。最良でないと判断した場合は、ステップ８において、用いた最適化手法のアルゴリズムに従って設計変数を修正し、ステップ４に戻って解析モデルを再度作成（修正）し、ステップ５〜８を行う。このようなステップ４〜８のプロセスを評価値が最良の結果に収束するまで繰り返して行う。
【０００６】
ステップ７において評価値が最良の結果に収束していると判断すれば、それによって構造が決定され、ステップ９において部品図面を作成し、ステップ１０において金型を作成し、ステップ１１において、所定の使用材料を用いて部品の成形を行う。以上のように、樹脂製品の設計の自動化においては、任意の設計変数の解析用形状モデルの作成が繰り返し実行される。
【０００７】
ところで、多くのソフトウエアは、特定の手順を定義したマクロファイルを活用することにより、その機能を高めることができるようになっている。マクロファイルは、所定のマクロ言語を用いて記述することができるが、ソフト上での人間の操作を記録してマクロファイルを作成する方法も有る。
【０００８】
上記のステップ３又はステップ４において解析用形状モデルを作成するために用いられるメッシュジェネレータ、プリプロセッサ等のモデル作成ソフトにおいても、予め機能別のマクロファイルを作成し、必要に応じて呼び出して実行する、あるいは、ソフトプログラムの立ち上げ時に実行を指示することにより一連の手順を自動的に実行させることが可能となっている。例えば、内装部品のパネル状のボディ部に複数（ｎ個）の横リブを形成した形状モデルを作成する場合のモデル作成ソフトにおける動作は、以下のようになる。
（１） ボディ部のデータ、最初の横リブの作成位置、その他の条件を含む基準モデルを保存したファイルを読込む。
（２） 指定された位置に最初のリブを作成し、接合条件を設定する。
（３） Ｐｍｍ移動した位置にリブを作成し、接合条件を設定する。
（４） （３）をさらに（ｎ−２）回繰り返す。
（５） 作成された形状を解析用入力ファイルに保存する。
【０００９】
モデル作成ソフトのマクロ作成機能を使って、このような一連の動作を記録したものを全体マクロファイルとしておけば、ソフトの立ち上げ時にこの全体マクロファイルを読み込ませることで、ｎ個の横リブを形成する作業を自動的に行わせることができる。
【００１０】
モデル作成ソフトに上記のような全体マクロファイルを組み込んで用いることにより、基準モデルに設定された、例えば、リブの位置や寸法等の変数を変えて形状モデルを繰り返し作成することができる。従って、これらの形状モデルに対して所定の解析ソフトを用いて解析を行うことにより、これらの変数に関する評価及び最適化を行うことができる。さらに、このような解析ソフトを適当なアルゴリズムを用いた最適化ソフトと組み合わせることにより、最適化作業までを自動化して行うこともできる。
【００１１】
しかしながら、上記の方法では、リブやボス等の規則的な部分形状モデル作成であっても、リブの数自体を変える場合のように部品形状の位相が変化する場合には、人間の入力作業によって全体マクロファイルを作成し直す必要がある。この作業は、特にリブの数が多くなる場合に時間を要する消耗的な作業となるだけでなく、形状モデル作成を完全に自動化することができないから、図１２の最適化作業を自動化して行うことができない。
【００１２】
そこで、特許文献１では、特定の機能を行うマクロ操作を定義する機能マクロファイルを事前に複数種類用意し、この複数種類の機能マクロファイルを組み合わせて実行することにより、複雑な形状の構造物の被評価モデルを効率的に作成するようにしている。
【００１３】
これにより、複数の単位形状要素を作成する作業を人間の手作業によって繰り返す必要が無くなり、精度の高いモデル作成を効率的に行うことができる。さらに、この単位マクロファイルを反復して実行するプロセスは、例えばバッチファイルに記述したプログラムによって制御することができるので、反復回数を可変パラメータとして扱うことができる。従って、単位形状要素の数自体をパラメータとして変化させて、形状の位相変化を伴うようなモデル作成の場合の最適化作業を自動化することができる。
【００１４】
また、特許文献２では、被評価モデルを作成する工程において、特定の単位形状要素を作成する単位マクロ操作を定義する単位マクロファイルを事前に作成し、この単位マクロファイルを反復して実行することにより、ソフトを効率的に動作させるマクロファイルの機能を拡大した。これにより、より柔軟性の高い、効率的なプログラムを構築し、位相の異なる形状モデルを自動的に作成して樹脂製品の最適化設計を自動化することができるようにした。
【００１５】
ところで、衝撃吸収部品の場合、特定の衝撃方向を想定した構造を有しており、衝撃吸収試験もその方向から所定の位置に衝撃を与えて行うが、実際の試験工程では、衝撃の方向や衝突の位置はバラツキが有る。一方、シミュレーションによる手法では、実際の評価で発生する評価条件（衝突条件）の変動は考慮されず、衝撃の方向や衝突の位置は厳密に一定である。従って、このような単一の条件で行ったシミュレーションは、現実を必ずしも反映しているとは限らず、最適解とされたものが、実際の実施において少しの条件変動が有った場合に性能が大きく低下してしまうような可能性を有している。
【００１６】
また、複雑形状の構造物に関して評価条件（衝突条件）の変動を反映させるためには、衝撃の方向や衝突の位置を意図的に変化させた条件のもとで、解析と最適化を実行する必要があるが、そのためのプログラムの作成には膨大な作業が必要となる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１７４８５０号公報
【特許文献２】特開２００４−１７８２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、力学特性の評価が実際に実施される過程における各種の条件変動を考慮した実用性の高い最適解を求めることができる樹脂製品の設計方法を提供することを目的とする。
また、この発明の他の目的は、各種の条件変動を考慮した最適解を、比較的簡単な作業によって達成することができる樹脂製品の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の樹脂製品の設計方法は、（１）設計変数に応じて所定の構造を有する被評価モデルを作成する工程と、（２）所定の解析ソフトによって前記被評価モデルの力学特性を計算する工程と、（３）前記力学特性を評価する工程と、（４）前記設計変数を所定のアルゴリズムに従って選択する工程を有し、前記（１）から（４）の工程を反復することによって、樹脂製品の力学特性を最適化する樹脂製品の設計方法において、前記（１）の工程において、評価条件の変動を想定した前記被評価モデルを複数作成し、前記（２）の工程において、評価条件の変動を考慮した複数のサンプリング計算を実施し、前記（３）の工程において、前記サンプリング計算から得られた、前記力学特性の、評価条件の変動に対する信頼性を評価することを特徴とする。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、被評価モデルを作成する工程において、評価条件の変動を想定した被評価モデルを複数作成され、解析ソフトによって力学特性を計算する工程において、評価条件の変動を考慮した複数のサンプリング計算が実施され、力学特性を評価する工程において、サンプリング計算から得られた力学特性の、評価条件の変動に対する信頼性が評価される。これにより、現実の評価試験の際に発生する評価条件のバラツキを考慮したシミュレーションを実行することができ、現実をより良く反映した最適解を出力する可能性が高められる。
【００２１】
評価条件の変動に対する信頼性を評価する工程は、評価条件の変動を考慮した複数のサンプリング計算の結果の力学特性におけるバラツキを評価することにより達成される。このような評価は、力学特性の評価値とバラツキとを組み合わせて最適化の評価関数の一部に組み込むことにより、最適化のアルゴリズムの範囲内で達成することができる。より具体的には、評価関数を力学特性の評価値とバラツキについて適当な重み付けをした線形和としてもよい。
【００２２】
請求項２に記載の樹脂製品の設計方法は、請求項１に記載の発明において、前記（１）の工程において、特定の機能を行うマクロ操作を定義する機能マクロファイルを事前に複数種類用意し、この複数種類の機能マクロファイルを組み合わせて実行することを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、複数種類の機能マクロファイルを組み合わせて実行することにより解析ソフトの機能を補完することにより、プログラムを新たに作成したり、大きく改変する手間や費用を掛けたりすることなく、現実をより良く反映した最適解を出力する可能性を高めることができる。
【００２４】
請求項３に記載の樹脂製品の設計方法は、請求項２に記載の発明において、前記機能マクロファイルは、前記被評価モデルを評価条件の変動に伴って修正する機能を行うものであることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、被評価モデルを評価条件の変動に伴って修正する機能を行う機能マクロファイルを用いることにより、プログラムも作成を容易にするだけでなく、変動量を適宜に変更する等の作業も容易になり、状況に対応する柔軟性を高めることができる。
【００２６】
請求項４に記載の樹脂製品の設計方法は、請求項３に記載の発明において、前記機能マクロファイルに、前記被評価モデルを前記評価条件の変動に伴って修正する機能を行うものを含んだ機能マクロファイル内に記述されている前記評価条件の変動に関係するパラメータを修正することで、前記評価条件の変動を反映した前記被評価モデルを複数作成することを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、機能マクロファイル内に記述されている評価条件の変動に関係するパラメータを修正することで、評価条件の変動を反映した複数の被評価モデルを簡単に作成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１ないし請求項４に記載の発明によれば、力学特性を実際に評価する過程における各種の条件変動を考慮した実用性の高い最適解を求めることができる樹脂製品の設計方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施の形態の樹脂製品の設計方法を図面を参照して説明する。この実施の形態の衝撃吸収部品１０は、自動車用内装部品であるピラーガーニッシュを解析対象とするもので、これは、図１（ａ）に示すように全体に扁平な柱状で、室内に面する意匠部１２と、裏面側のボディ部１４の内部にリブ部１６が囲まれた構造となっている。ボディ部１４はパネル状になっており、意匠部１２はリブ部１６を覆うようなコ字状断面のチャンネル構造を有している。図１（ｂ）に示すように、リブ部１６は、この実施の形態では１本の縦リブ（図示略）と複数の横リブ１８から構成されている。
【００３０】
この衝撃吸収部品は、図２に示すように、人体の頭部を模したフリーモーションヘッドフォーム（F.M.H.）２０を所定の速度ｖで内装部品に衝突させる衝突試験により評価される。すなわち、この衝突の際に、F.M.H.が受ける加速度等のデータから、所定の算出式によって頭部が被るダメージの指標となるパラメータであるHIC(d)（head
injury criteria、頭部障害値）を算出する。実際の試験では、F.M.H.に搭載された加速度計等の計器の測定値に基づいて算出されるが、衝突試験を解析ソフトを用いてシミュレーションし、シミュレーションから得られたHIC(d)を評価関数として最適化を行って最適構造を求めるのがこの設計方法の目的である。ここでは、意匠部１２とボディ部１４の構造は既定とし、リブ部１６について最適な構造を探ることを目的とする場合について説明する。
【００３１】
図３は、この実施の形態における樹脂製品設計システムの構成を示すブロック図であり、オペレーティングシステム（ＯＳ）上で動作する実行モジュールと、保存されたデータファイルを有している。破線の矢印は、実行モジュールへ保存データが読み込まれる場合を示し、一点鎖線の矢印は、実行モジュールから保存データへ出力される場合、つまりデータが書き換えられる場合を示している。
【００３２】
実行モジュールとして、モデル作成ソフト、解析ソフト、最適化支援ソフトが用意されており、さらに、モデル作成ソフトを全体マクロファイルを介して制御するバッチプログラムが用意されている。データファイルとしては、モデル作成ソフトにその特定の機能を行わせる機能別マクロファイル、モデル作成ソフトに一連の処理を行わせる全体マクロファイル、モデル作成ソフトの出力結果である解析用ファイル、及び、解析ソフトの出力である解析結果ファイルが用意される。
【００３３】
モデル作成ソフトは、所定の入力された形状データに基づいて有限要素法に基づく解析用のデータを作成するもので、メッシュ要素の作成、要素番号、節点番号の指定、接触条件、接合条件等の各種条件の設定等を、必要に応じて人間の手入力を併用しつつ実行する。既述したように、入力の簡略化・自動化を図るために、所定の命令を実行するマクロ機能を有しており、その内容はマクロファイルに記録されている。
【００３４】
最適化支援ソフトは、解析ソフトの解析結果を所定の手法によって評価し、前回の解析モデルの評価を踏まえて、次の解析用モデルを作成するためのパラメータ（設計変数）を定め、そのパラメータに基づいてバッチファイル又は機能別マクロファイルを書き換える。
【００３５】
以下、モデル作成ソフトのマクロ作成機能を用いて、機能別マクロファイルを用意する工程を図４のフロー図を用いて説明する。まず、予め人間がモデル作成ソフトを用いて、リブ部以外の形状モデル（意匠部、フリーモーションヘッドフォーム／F.M.H.、ボディ部）を作成し、衝突条件・固定条件・接合条件・接触条件を設定したデータを基準モデルとして保存しておく。
【００３６】
次に、解析用形状モデルの一通りの作成手順を人間がコンピュータを操作して行う。その操作過程はコンピュータが自動的に記録され、これによりマクロファイルが作成される。この一連の操作手順には、例えば実施した以下の工程（のプログラム的記述）が含まれている。
（１）基準モデル（意匠部、F.M.H.、ボディ部）の読込（step1、図１（ａ））
（２）リブ部の作成（step2、図５、図６）
（３）内装部品（意匠部、リブ部）とボディ部の位置設定（step3、図２）
（４）評価条件の変動の影響を反映（F.M.H.の位置を変更）（step4、図７）
（５）解析用入力ファイルとして保存（step5）
【００３７】
そこで、保存されたマクロファイルを上記のような機能別に分割することができ、これにより、機能別マクロファイルが得られる。さらに、このようにして得られた個別の機能マクロを実行する手順を記述するバッチファイルによって、全体の形状モデル作成工程を記述する全体マクロファイルが作成される。このようにすることにより、バッチファイルの内容を書き換えるだけで、各種の条件を変更したり、複雑なモデルを作成したりすることが可能となる。
【００３８】
図７に示すように、この実施の形態ではリブ部の構造について最適な構造を求めることを目的としているので、（２）の工程はその構造に応じて、以下の１）〜５）のような機能マクロを含んでいる。すなわち、１）基準位置での縦リブ作成、２）１ピッチ分ずれた位置での縦リブ作成、３）基準位置での横リブ作成、４）１ピッチ分ずれた位置での横リブ作成、５）リブ部の接合条件・接触条件の設定、等である。
【００３９】
最適化においてリブ部の形状を作成する際には、機能別に分割したマクロファイル内の、エネルギー吸収特性の調整手段に関する数値記述内容を修正する。その後、モデル修正によるリブ数の変化に対応するため、機能別に分割したマクロファイルの２）及び４）について必要な数だけ操作を繰り返すことができるように、シェルスクリプトにて１つのマクロファイルファイルにまとめる。このマクロファイルを用いて形状モデルを作成することにより、リブ部形状の自動修正が可能となる。
【００４０】
さらに、上記工程では、（４）評価条件の変動の影響を反映させる工程を機能マクロファイルとして作成している。これは、実際の試験条件の際に発生するであろう変動を見込んでシミュレーションすることを意図しているが、この機能マクロファイル内に記述されている試験条件の変動に関係するパラメータを修正することで、試験条件の変動を反映した複数の形状モデルを簡便に作成することが可能となる。なお、本来、これらのモデルは、多数回の試験を行うことを想定したモデルとすることが好ましい。しかしながら、最適化のアルゴリズムの中で実行する計算であるので、膨大な計算を避けるために、以下のように統計学的手法を用いて簡略化した方法を採用した。
【００４１】
すなわち、この実施の形態では、考慮すべき評価条件の変動として、衝突位置の標準点からの左右方向および上下方向のズレを対象とし、これを評価条件の変動である確率変数とした。この変動については、平均値が0mm、標準偏差が5mmの正規分布を仮定した。このように仮定すると、評価条件の変動によって、衝突位置のバラツキが±15mm以内に収まる確率は99.7%となり、±10mm以内に収まる確率は95.4%となる。
【００４２】
一方、この実施の形態では、図８に示すように、このような変動を解析の中に盛り込むためのサンプリング手法として、確率変数と力学特性との関係を、評価点の近傍を線形近似するTaylor一次近似を使用した。そして、この考え方に基づいて、サンプリング点としては、衝突位置のバラツキをほぼ網羅できるように標準点と標準点から各方向に15mmだけ離れた点の3条件を選択した。
【００４３】
このようなサンプリング点の採用は必ずしもベストではないが、評価条件の変動をある程度反映させるという目的には充分であると考えられる。このような評価条件の変動量等を変更するには、機能別に分割したマクロファイル「（４）評価条件の変動の影響を反映」の中の変動量に関する数値記述内容を修正することによって容易に行うことができる。
【００４４】
以上説明したような機能別マクロファイル（１）〜（５）を単位として、バッチファイルやシェルスクリプトを用いて組合せたり反復して実行することにより、被評価条件の変動に対応可能な被評価モデルを作成するための全体的なマクロファイルが作成され、さらにそれを従来と同様に最適化のアルゴリズムと組み合わせることにより、この実施の形態である樹脂製品の設計方法を実行するためのプログラムが作成される。以下に、実施例として後述する設計方法のフロー図である図９を参照しつつ簡単にその内容を説明する。
【００４５】
まず、ステップ１において、目的性能である評価関数を選択する。このような最適化の手法では、本来の評価関数は樹脂製品の試験における評価すべき力学特性、すなわち、HIC(d)であり、この値は小さい程良い指標であるので、従来の最適化の手法ではその値をそのまま評価関数としている。この発明では、評価条件（衝突位置）の変動に対する影響が小さい方が良いので、１つの形状モデルについて３点のサンプリング点で計算を行った際のHIC(d)の平均値HMと標準偏差HSの線形和とした。
【００４６】
次に、ステップ２において、設計変数を選択する。この実施の形態では、横リブの間隔rpと縦リブ位置を決定するパラメータtrとした。そして、ステップ３において、評価条件の変動である確率変数を選択する。この実施の形態では、先に説明したようにF.M.H.の衝突位置の変動とした。次に、ステップ４において、最適化開始時の設計変数の値である初期条件と、設計変数の範囲や目的性能の信頼性の範囲である制約条件を設定する。この実施の形態では、初期条件はrp
=25.0mm、tr=0.250とし、制約条件は、設計変数に関しては、10.0mm≦rp≦50.0mm、0.100≦tr≦0.900とした。また、「HIC(d)が1000以下となる信頼性が3σ以上」も条件とした。
【００４７】
次に、ステップ５、ステップ５’、ステップ５”において、確率変数に基づきサンプリング条件を決定する。この実施の形態では、先に説明したように、衝突位置の標準点と標準点の15mm右方と標準点の15mm下方との３条件とした。そして、ステップ６、ステップ６’、ステップ６”において、設計変数とサンプリング条件に基づいた形状モデルを複数作成する。この実施の形態では、標準条件の解析用形状モデルを作成した後に、それを記述した機能マクロファイルの数値を変更することにより、F.M.H.の位置を変更した。次に、ステップ７、ステップ７’、ステップ７”において、作成した複数の形状モデルを用いて解析を実施し、それぞれの力学特性を計算する。この実施の形態では力学特性として、衝撃解析から得られた加速度の時刻歴からHIC(d)を算出した。
【００４８】
次に、ステップ８において、得られた複数の力学特性から統計量を算出する。ここでは、HIC(d)の平均値HMと標準偏差HSと「HIC(d)が1000以下となる信頼性」を算出した。そして、ステップ９において、ステップ８で算出した力学特性の統計量から評価関数を算出する。この実施の形態ではHM+３HSとした。次に、ステップ１０において、ステップ９で得られた評価関数の値および解析回数等を考慮して、最適化の終了基準に到達しているか判断する。到達していれば終了し、終了基準に到達していなければステップ１１において最適化手法にアルゴリズムに基づいて設計変数を修正し、ステップ５、ステップ５’、ステップ５”以降の工程を、最適化の終了基準に到達するまで繰り返す。
【実施例】
【００４９】
以下、図９のフロー図で説明した樹脂製品の設計方法を用いた実施例について説明する。
１）解析用形状モデル作成方法
図２に示す樹脂成形品の自動車用内装部品について、意匠部とリブ部を別々に作成し、接合条件を用いて１つの構造体としてモデル化している。内装部品が接触するボディ部については剛体と仮定した。形状モデル作成にあたっては、最初に人間がモデル作成ソフトを用いて、リブ部以外の形状モデルを作成し、衝突条件、固定条件、接合条件、及び接触条件を設定したデータを基準モデルとして保存した。その後、基準モデルのデータを読み込んでリブ部を作成し、解析用入力ファイルを保存してモデル作成ソフトを終了するまでの操作を人間が実施した。なお内装部品の意匠部の厚みを２．７５ｍｍ、リブ部の厚みを１．００ｍｍ、ボディ部の厚みを１．００ｍｍとした。さらに、作成した形状モデルのＦ.Ｍ.Ｈ.を上下方向及び左右方向に移動させる操作を実施した。
この際の操作手順を保存したマクロファイルを機能別に分割し、単一リブを作成する機能マクロファイルを繰り返して実行することで、任意のリブ数のモデルを作成した。また、形状モデルのＦ.Ｍ.Ｈ.を上下方向及び左右方向に移動させる操作を行う機能マクロファイルを実行して、各サンプリング点の形状モデルを作成した。なお、モデル作成ソフトとしてＨｙｐｅｒ
Ｍｅｓｈ ｖｅｒｓｉｏｎ ７．０（商標：Ａｌｔａｉｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ, Ｉｎｃ.製）を用いた。
【００５０】
２）衝撃解析方法
作成した形状モデルを用いて衝撃解析を実施した。解析に用いた材料の物性値を表１に示す。降伏応力歪速度依存性についてはＣｏｗｐｅｒ-Ｓｙｍｏｎｄｓモデル(式１)を使用することで考慮した。表２にＣｏｗｐｅｒ-Ｓｙｍｏｎｄｓモデルパラメータを示す。
【数１】
2008293139.tif 000003
【表１】
2008293139.tif 000004
【表２】
2008293139.tif 000005
【００５１】
衝撃解析では、内装部品の単体試験を再現すべく、質量４．５４ｋｇのＦＭＨを６．７ｍ／ｓで衝突させ、その際のＦＭＨ重心での合成加速度の式（２）と式（３）を用いて算出される頭部障害値であるHIC(d)の値にて評価した。衝撃解析ソフトはＬＳ-ＤＹＮＡ ｖｅｒ９７０（商標:Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を用いた。
【数２】
2008293139.tif 000006
ここで、ａはＦ.Ｍ.Ｈ.の重心の加速度である。
【００５２】
３）最適化方法
最適化における設計変数は、図６に示されている縦リブの位置を規定するパラメータｔｒ１とｔｒ２を、下式（４）、（５）にて決定するパラメータｔｒと横リブピッチのｒｐの２変数とした。横リブピッチを変えることにより、リブ数も変化する。評価関数はサンプリングされた複数の衝撃解析から得られたHIC(d)の平均値ＨＭと標準偏差ＨＳの線形和ＨＭ+３ＨＳとした。
rt1＝5.0＋(97.6−5.0)×tr          （式４）
rt2＝5.0＋(111.4−5.0)×tr         （式５）
【００５３】
衝突条件の変動を考慮するために、評価条件の変動である確率変数をＦ.Ｍ.Ｈ.の衝突位置の左右方向のズレと上下方向のズレの２変数とした。また、変動を考慮するためのサンプリング手法は、評価点の近傍を線形近似するＴａｙｌｏｒ一次次近似を用いた。さらに、確率変数のバラツキは平均値が０．００ｍｍ、標準偏差が５．００ｍｍの正規分布を用いた。サンプリング点はバラツキ全体の９９．７％が網羅できるように、標準位置、標準位置１５．０ｍｍ下方及び標準位置１５．０ｍｍ右方とした。サンプリング点の形状モデルを図７に示す。
【００５４】
各設計変数の初期条件はｒｐ =２５．０ｍｍ、ｔｒ=０．２５０とし、制約条件は１０．０ｍｍ≦ｒｐ≦５０．０ｍｍ、０．１００≦ｔｒ≦０．９００とした。また、「HIC(d)が1000以下となる信頼性が3σ以上となること」も制約条件とした。最適化支援ソフトはｉＳＩＧＨＴ
９．０ （商標:Ｅｎｇｉｎｅｏｕｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｉｎｃ.製）を、最適化手法はＡｄａｐｔｉｖｅ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ -ＡＳＡ （解適応焼き鈍し法）
を用い、設定ステップ数を２００回とした。また、同じ最適条件が１０回探索されれば収束したと判定し最適化を終了した。
【００５５】
４）最適化結果
表３に最適化結果を、図１０〜図１１に初期条件および最適条件の形状モデルを示す。
【表３】
2008293139.tif 000007
【００５６】
この結果を検討すると、まず、初期条件ではHIC(d)の平均値が809、標準偏差が53.6となっており、HIC(d)が800以下となる信頼性は0.568σしか得られていない。これに対し、従来技術の通常最適化方法（HMのみを評価関数として最適化）では、HIC(d)の平均値は703まで減少するが、標準偏差は72.9と増加し、HIC(d)が800以下となる信頼性は1.69σまでしか向上していない。
一方、本発明の技術であるHMとHSの線形和「HM+3HS」を評価関数とした最適化を用いると、HIC(d)の平均値は754までしか減少していないものの、標準偏差を3.86まで低減することで、HIC(d)が800以下となる信頼性を5σ以上までに向上することができた。
【００５７】
なお、上記の実施例で採用した種々の条件設定については、発明の実施に即して種々の変更が可能である。例えば、上記においては、評価関数（= HM+3HS）の標準偏差HSの重み係数３を変えることにより、平均値と標準偏差のどちらに重きを置いて最適化を行うかが決定される。従って、樹脂設計の際の状況や方針に沿ってこの重み係数を変更して、この発明を実行することで、より柔軟性の高い、実用性の高い手法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明の樹脂製品の設計方法の一実施例の対象である樹脂製品の形状モデルを示す図であり、（ａ）は外観を、（ｂ）は内部の要部を示す。
【図２】この発明の樹脂製品の設計方法の一工程を示す図である。
【図３】この発明の樹脂製品の設計方法を実行するソフトウエアの構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の樹脂製品の設計方法の一工程である機能マクロファイルを用意する工程を示す図である。
【図５】この発明の樹脂製品の設計方法の一工程である形状モデルの作成工程を示す図である。
【図６】同じく形状モデルの作成工程を示す図である。
【図７】この発明の樹脂製品の設計方法の一工程である評価条件を変動させる工程を示す図である。
【図８】評価条件の変動とその結果としての評価関数の変動との関係を示す図である。
【図９】この発明の樹脂製品の設計方法の全体の工程を示すフロー図である。
【図１０】この発明の樹脂製品の設計方法の実施結果を示す図である。
【図１１】同じく、この発明の樹脂製品の設計方法の実施結果を示す図である。
【図１２】従来の樹脂製品の設計方法の全体の工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  衝撃吸収部品（内装部品）  
１２  意匠部
１４  ボディ部
１６  リブ部
２０  フリーモーションヘッドフォーム
【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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【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】
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【図１２】
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