(57)【要約】【課題】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な樹脂製品の設計方法を提供する。【解決手段】（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、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、前記被評価モデルを作成する。【選択図】      図３
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【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、
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、前記（１）の工程において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、前記被評価モデルを作成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（４）の工程において選択された設計変数に基づいて、前記（１）の工程における前記単位マクロファイルの反復回数を選択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】
請求項１又は２に記載の樹脂製品の設計方法に基づいて設計する工程と、前記設計工程で最適化された被評価モデルに基づいて樹脂製品を成形する工程とを有することを特徴とする樹脂製品の製造方法。
【請求項４】
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し、この被評価モデルの力学特性を計算して評価するルーチン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プログラムにおいて、
被評価モデルを作成する際に、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反復して実行することにより、前記被評価モデルを作成することを特徴とする樹脂製品の設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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なう樹脂製品の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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り、複雑な形状の最適設計事例も報告されている。
【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２５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する。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選択し、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を行なう。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なう。
【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なう。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】
【発明が解決しようとする課題】
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なうことにより、これらの変数に関する評価及び最適化を行なうことができる。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なうこともできる。
【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２５の最適化作業を自動化して行なうことができない。
【００１２】
この発明は、形状モデル作成において、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、より柔軟性の高い、効率的なプログラムを構築することにより、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な樹脂製品の設計方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記課題を解決するためになされたもので、（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、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、前記被評価モデルを作成することを特徴とする樹脂製品の設計方法である。
【００１４】
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なうことができる。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。
【００１５】
前記単位マクロファイルの反復実行の際に、前記単位マクロ操作において付与した管理番号を別の管理番号に付与し直す工程を行なうことにより、単位マクロファイルを繰り返し実行しても先の管理番号が影響を受けることなく、その機能を反復実行することができる。
【００１６】
直接にモデル作成ソフトを制御する機能を持つ全体マクロファイルを用い、この全体マクロファイルを介してモデル作成ソフトを制御するのが効率的である。設計変数が選択される都度、バッチプログラムによって全体マクロファイルが書き換えられて実行される。設計変数の選択により単位形状要素数が変化すると、全体マクロファイルへの反復記録回数が修正される。単位マクロファイルは、通常は、モデル作成ソフトが有するマクロ操作記録機能を用いて作成する。
【００１７】
なお、設計変数としては、寸法や形状に関わる構造パラメータのみならず、例えば、弾性率、静的降伏応力、破断塑性歪みのような、樹脂材料の特性を表す材料物性値を設計変数として用いることもできる。この場合は、樹脂材料の選択は、最適化された材料物性値に基づいて行われる。設計変数として、構造パラメータと材料物性値の双方を用いて最適化を行えば、構造と材料を組み合わせた形で最適化がなされ、より良い性能の樹脂製品設計結果が得られる。
【００１８】
上記の設計方法を用いた樹脂製品は具体的には、例えば、射出成形品として製造される。射出成形は、樹脂加熱手段、混練用スクリュー、及び成形用金型を備えた射出成形機を用いて、以下のような工程で行われる。
▲１▼樹脂材料を射出成形機に投入する。
▲２▼射出成形機に投入した樹脂材料を樹脂加熱手段で加熱することによりその樹脂成分を溶融させると共に、混練用スクリューを回転させることにより混練する。
▲３▼加熱及び混練した樹脂材料を成形用金型に射出することにより射出成形品を成形する。
【００１９】
この発明の他の態様は、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し、この被評価モデルの力学特性を計算して評価するルーチン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プログラムにおいて、被評価モデルを作成する際に、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反復して実行することにより、前記被評価モデルを作成することを特徴とする樹脂製品の設計プログラムである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態の樹脂製品の設計方法及び製造方法を図面を参照して説明する。この実施の形態は、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）〜（ｃ）に示すように全体に扁平な柱状で、室内に面する意匠部１０と、裏面側のボディ部１２に囲まれた構造となっている。ボディ部１２はパネル状になっており、意匠部１０はリブ部１４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。リブ部１４は、長手方向の１本の縦リブ１６と、複数の横リブ１８とから構成されている。
【００２１】
これは、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（ＦＭＨ）２０を所定の速度で内装部品に衝突させる衝突試験により評価される。この図では、ボディ部を省いて示している。このような部材を実際に作製して試験する代わりに、コンピュータにより衝撃解析ソフトを用いて解析を行って評価し、さらには最適化ソフトを用いて最適な設計結果を得ることが、この実施の形態の目的である。設計又は製造の全体の工程は、図２５において説明した従来の工程と同じである。
【００２２】
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。鎖線の矢印は、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。
【００２３】
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な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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、機能別マクロファイルを用意する過程を、図４、図５のフロー図及び図１、図６〜図２１を用いて具体的に説明する。まず、図４において、事前作業として基準形状モデルを作成する。ステップ１において、モデル作成ソフトをスタートし、ステップ２において、オリジナルデータファイルを読み込む。このオリジナルデータファイルには、モデル作成に際して必要なデータ、すなわち、予めＣＡＤソフトで作成された図１（ａ）〜（ｃ）に示す意匠部及びボディ部のデータ等が保存されている。
【００２７】
モデル作成ソフトは、図１（ｂ）に示す読み込んだＣＡＤデータから図６（ａ）に示すシェル要素［意匠部］を作成し、これに、例えば、節点番号として１〜３２０５を、要素番号として１〜３０８３を割り当てる。同様に、図６（ｂ）において、ＣＡＤデータからシェル要素［ボディ部］を作成する（節点番号：５００１〜８８４０、要素番号：５００１〜８８４０）。さらに、図７（ａ）において、基準データファイルからＦＭＨモデル（節点番号：１０００１〜１２１８０、要素番号：１０００１〜１２０４０）を読み込み、図７（ｂ）において、意匠部の完全拘束部（固定部分）を設定する。次に、図８（ａ）においてＦＭＨの初期速度を設定し、図８（ｂ）において、ＦＭＨと意匠部の接触条件を設定する。そして、図９（ａ）において、ボディ部と意匠部の接触条件を設定し、図９（ｂ）において、意匠部とリブ部の接合条件の内、意匠部の接合条件のみを設定する。
【００２８】
次に、図１０に示すように、リブ部作成用の曲面と節点番号・要素番号管理用の仮の要素を作成し（節点番号：５９９９７〜６００００、要素番号：６００００）、番号の「切り」を良くしておく。これにより、これに続く番号の領域（節点番号：６０００１〜、要素番号：６０００１〜）が、作成された形状節点・要素に割り当てる番号となり、これは後に説明するように、仮保存用領域となる。ここまでのプロセスで作成されたデータを、基準形状モデルファイルとして保存する。
【００２９】
次に、図５に示す工程によって機能別マクロファイルを作成する。モデル作成ソフトをスタートし（ステップ１）、上記の基準形状モデルデータの読み込みを行なう。このプロセスを記録して記録マクロファイルとし、これを修正して機能別マクロファイル（ａ）とする（ステップ２）。
【００３０】
次に、最初の縦リブを形成すべき位置に縦リブを作成する。すなわち、図１１（ａ）において、縦リブ部作成用の基準直線を作成し、図１１（ｂ）において、横リブ間隔部以外の基準直線を削除し、図１１（ｃ）において、基準直線を意匠／ボディ側の曲面に投影する。そして、図１２（ａ）において、投影した直線を用いて縦リブ部のシェル要素を作成し（節点番号６０００１〜６００５４、要素番号：６０００１〜６００４０）、要素作成に用いた直線を削除する。
【００３１】
次に、図１２（ｂ）において、接合条件を指定する。有限要素法に基づく解析を行なう場合に、異なる部材の要素間の拘束条件を設定する方法として、節点どうしを関連付ける節点共有方式と、節点を要素に対して関連付ける節点非共有方式があり、複雑な形状のモデルを作成する場合や、決められた部分を修正することが予測される場合等、条件に応じて使い分ける。ここで採用している節点非共有方式では、一方の部材の拘束される節点を指定すると、解析ソフトが位置関係から事前に指定した範囲の他方の部材の対応する要素を特定する。ただし、形状モデルを自動的に作成することを想定した場合、モデル作成ソフトは、要素のどの節点が接合対象となるエッジにあるかを判断できない。そこで、ここでは、接合条件を指定する目的の仮の梁要素［黒線部］を作成し（要素番号：６００４１〜６００５８）、これを用いて、人間がモデル作成ソフトの画面上で接合する節点を指定する作業を行い、これを記録することにより、機能別マクロファイルを作成する。これは、通常、カーソル移動とマウスクリックで達成される簡単な作業である。
【００３２】
次に、図１２（ｃ）において、作成した要素・節点番号を４０００１〜６００００の範囲で未使用の小さい番号順に並べ替える。この並び替えの操作により、一旦作成してから消去したようなデータに割り当てられていた空白の番号は除去される。また、必要なデータは保存領域に保存されたので、６００００番代の仮保存領域は再使用が可能になる。この例では、作成された最初の縦リブでは、節点番号：４０００１〜４００５４、要素番号：４０００１〜４００５８となる。図１１から図１２（ｃ）までのプロセスを記録して記録マクロファイルとし、これを修正して機能別マクロファイル（ｂ）とする（ステップ３）。
【００３３】
次に、最初の位置から所定のピッチＰｍｍ移動し、図１１〜図１２（ｂ）の操作を繰り返して次のリブのシェル要素と、接合条件を指定する目的の仮の梁要素を作成する（節点番号６０００１〜６００５４、要素番号：６００４１〜６００５８）。そして、接合条件を指定した後、図１２（ｃ）と同じに、作成した要素・節点番号を４０００１〜６００００の範囲で未使用の小さい番号順に並べ替える。ピッチＰｍｍの移動と、それに続く図１１から図１２（ｃ）までのプロセスを記録して記録マクロファイルとし、これを修正して機能別マクロファイル（ｃ）とする（ステップ４）。
【００３４】
次に、指定された位置に横リブを作成する。まず、図１４において、意匠／ボディ側間に曲面を作成し、それぞれを３つに分割し、基準円弧を作成し、図１５において、基準円弧を要素作成位置へ移動し、図１６（ａ）において、基準円弧をコピーしボディ側曲面に投影する。さらに、図１６（ｂ）において、他の８つの曲面に同じ操作を実施する。次に、図１６（ｃ）において、意匠／中間曲面上の曲線にて要素を作成し（節点番号：６０００１〜６００５５、要素番号：６０００１〜６００４０）、図１６（ｄ）において、他の２つの部分に同じ操作を実施する（節点番号：６００５６〜６０１５５、要素番号：６００４１〜６０１２０）。図１６（ｅ）において、ボディ／中間曲面上の曲線にて要素を作成し（節点番号：６０１５６〜６０１６６、要素番号：６０１２１〜６０１３０）、図１６（ｆ）において、他の２つの部分に同じ操作を実施する（節点番号：６０１６７〜６０１８６、要素番号：６０１３１〜６０１５０）。図１７（ａ）において、要素作成に用いた曲線を削除する。そして、図１７（ｂ）において、接合条件用の梁要素［黒線部］を作成し（要素番号：６０１５１〜６０１８０）、これを用いて接合する節点を指定する。図１７（ｃ）において、作成した要素・節点番号を４０００１〜６００００で未使用番号の小さい番号順に並べ替える（節点番号：４０３７９〜４０５６４、要素番号：４０４０７〜４００５８６）。ここまでのプロセスを記録して修正し、機能別マクロファイル（ｄ）が作成される（ステップ５）。
【００３５】
次に、最初の位置から所定のピッチＰｍｍ移動し、図１５〜図１７（ｃ）の操作を繰り返し、次の横リブを作成する。ここまでのプロセスを記録して修正し、機能別マクロファイル（ｅ）が作成される（ステップ６）。
【００３６】
次に、以下の調整作業を行なう。すなわち、図１９（ａ）において、意匠部とリブの接触条件を設定し、図１９（ｂ）において、ボディ部とリブの接触条件を設定する。図２０（ａ）において、梁要素を参照して意匠部とリブの接合条件のリブ部側を設定し、図２０（ｂ）において、縦リブと横リブの接合条件のうち、縦リブ部については梁要素を参照して設定し、横リブ部については対象要素を参照し設定する。図２１（ａ）において、作成に用いた曲面、曲線、仮の要素を削除する。図２１（ｂ）において、部品モデルとＦＭＨモデルの位置関係を修正する。ここまでのプロセスを記録して修正し、機能別マクロファイル（ｆ）が作成される（ステップ７）。
【００３７】
次に、モデル作成ソフトは、作成された形状モデルを解析用入力ファイルに保存する。このプロセスを記録して修正し、機能別マクロファイル（ｇ）が作成される（ステップ８）。
【００３８】
以上の工程により、以下のような機能別マクロファイルが作成される。
（１）機能別マクロファイル（ａ）：基準形状モデルを読込む。
（２）機能別マクロファイル（ｂ）：指定された位置に縦リブを作成する。
（３）機能別マクロファイル（ｃ）：Ｐｍｍ移動した位置に縦リブを作成する。
（４）機能別マクロファイル（ｄ）：指定された位置に横リブを作成する。
（５）機能別マクロファイル（ｅ）：Ｐｍｍ移動した位置に横リブを作成する。
（６）機能別マクロファイル（ｆ）：最終的な調整作業を行なう。
（７）機能別マクロファイル（ｇ）：形状を解析用入力ファイルに保存する。
【００３９】
一方、バッチプログラムはＯＳ上の所定の言語で記述されて作成されている。これは、機能別マクロファイル（ａ）〜（ｇ）を読み込み、これを以下のように順次並べた全体マクロファイルを作成する。
2004178200.tif 000003
【００４０】
なお、この実施の形態では、バッチファイルは、最適化支援ソフトからの出力を受け入れるようになっており、最適化支援ソフトの結果に応じて、例えば、ｎの値が修正される。
【００４１】
次に、図３に示す樹脂製品設計システムによる樹脂製品設計の工程を、図２２のフロー図を参照して説明する。ソフトをスタートさせると（ステップ１）、バッチプログラムの指示によって機能別マクロファイル（ａ）〜（ｇ）が読み込まれ、その内容が全体マクロファイルに上述したように繰り返しを含めて書き込まれる（ステップ２）。モデル作成ソフトは全体マクロファイルを読み込み、これに沿って１回のモデル作成処理を行い（ステップ３）、作成した形状モデルを解析用ファイルとして出力する（ステップ４）。
【００４２】
上記ステップ３におけるモデル作成処理プロセスについて、図２３及び図１０〜３６を用いて説明する。形状モデル作成ソフトがスタートし（ステップ１）、全体マクロファイル中の機能別マクロファイル（ａ）の内容が実行され、基準形状モデルが読み込まれる（ステップ２）。これにより、図１０の工程までが実行された状態となる。
【００４３】
次に、モデル作成ソフトは、全体マクロファイル中の機能別マクロファイル（ｂ）の部分に従って、図１１〜図１２（ａ）のプロセスで最初の縦リブを形成すべき位置に縦リブを作成し、図１２（ｂ）において、接合条件を指定し、図１２（ｃ）において、作成した要素・節点番号を４０００１〜６００００の範囲で未使用の小さい番号順に並べ替える。作成された最初の縦リブでは、節点番号：４０００１〜４００５４、要素番号：４０００１〜４００５８となる（ステップ３）。
【００４４】
次に、全体マクロファイル中の機能別マクロファイル（ｃ）  の部分の指示により、モデル作成ソフトは、最初の位置から所定のピッチＰｍｍ移動し、図１１〜図１２（ｂ）の操作を繰り返して次の縦リブのシェル要素と、接合条件を指定する目的の仮の梁要素を作成する（節点番号６０００１〜６００５４、要素番号：６００４１〜６００５８）。そして、接合条件を指定した後、図１２（ｃ）において、作成した要素・節点番号を４０００１〜６００００の範囲で未使用の小さい番号順に並べ替える。これにより作成される縦リブは、節点番号：４００５５〜４０１０８、要素番号：４００５９〜４０１１６となる（ステップ４）。
【００４５】
全体マクロファイルには、機能別マクロファイル（ｃ）  が（ｎ−２）回分反復して書き込まれているので、上記のピッチＰｍｍの移動、及び図１１〜図１２（ｃ）の操作がさらに（ｎ−３）回繰り返される。これにより、図１３に示すように、最終的にｎ−１個（ここではｎ＝８）の縦リブが作成される。並び替えの動作により、作成されたデータは順次保存領域に蓄積され、その節点番号は４０００１〜４０３７８、要素番号は４０００１〜４０４０６となる（ステップ５）。
【００４６】
次に、全体マクロファイル中の機能別マクロファイル（ｄ）  の部分の指示により、図１４〜図１７（ｃ）で既に説明した工程で、モデル作成ソフトは指定された位置に横リブを作成する。この結果、図１７（ｃ）において、作成した要素・節点番号は４０００１〜６００００で未使用番号の小さい番号順に並べ替えられる（節点番号：４０３７９〜４０５６４、要素番号：４０４０７〜４００５８６）（ステップ６）。
【００４７】
次に、機能別マクロファイル（ｅ）  の内容に基づき、モデル作成ソフトは、最初の位置から所定のピッチＰｍｍ移動し、図１５〜図１７（ｃ）の操作を繰り返し、次の横リブを作成する（ステップ７）。機能別マクロファイル（ｅ）  の内容は全体マクロファイルに（ｎ−１）回分書き込まれており、横リブ作成の操作がさらに（ｎ−２）回繰り返され、図１８に示すように、最終的にｎ個（ここではｎ＝８）の横リブが作成される（節点番号：４０３７９〜４１８６６、要素番号：４０４０７〜４１８１６）（ステップ８）。
【００４８】
次に、機能別マクロファイル（ｆ）  の内容に基づき、モデル作成ソフトは、先に説明したように、図１９（ａ）〜図２１（ｂ）に示す調整作業を行なう（ステップ９）。次に、機能別マクロファイル（ｇ）  の内容に基づき、モデル作成ソフトは、作成された形状モデルを解析用入力ファイルに保存する（ステップ１０）。
【００４９】
次に、図２２の樹脂製品設計工程に戻り、ステップ５において、解析ソフトは作成された解析用ファイルを読み込んで、衝撃解析、構造解析、流動解析等の所定の解析を行い、ステップ６において、解析結果ファイルを出力する。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（ステップ７）、求める結果が得られたかどうかを判断する（ステップ８）。求める結果でないと判断した場合は、次の解析用モデルを作成するためのパラメータを定め、修正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（ステップ９）。以下、ステップ２〜８の過程を、求める結果が得られるまで繰り返す。
【００５０】
横リブの数（ｎ）自体を設計変数とした場合、最適化支援ソフトがｎを選択すると、ｎを含むバッチファイル又は機能別マクロファイルが書き換えられ、これを反映した解析用モデルが作成され、これに基づいて力学特性が計算され、評価される。従って、リブの寸法等のような位相を変えないパラメータだけでなく、横リブの数（ｎ）のように形状の位相を変えるパラメータを含めた最適化を自動化することができる。ここでは、形状の位相を変えるパラメータとして横リブの数を挙げたが、勿論、製品構造に応じて種々の繰り返し構造要素の数をこのようなパラメータとして設定することができる。
【００５１】
【実施例】
図２に示すような樹脂成形品の自動車用内装部品について、上述した解析モデルの作成及び最適化手法を用いた製品設計を行った。内装部品は、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。モデル作成ソフトとしてＨｙｐｅｒ  Ｍｅｓｈ  ４．０（商標）を用いた。
【００５２】
この際の操作手順を保存したマクロファイルを、上述したように、機能別（▲１▼基準モデル読込、▲２▼基準位置での縦リブ作成、▲３▼１ピッチ分ずれた位置での縦リブ作成、▲４▼基準位置での横リブ作成、▲５▼１ピッチ分ずれた位置での横リブ作成、▲６▼リブ部の接合条件・接触条件の設定、▲７▼内装部品とフリーモーションヘッドフォーム［ＦＭＨ］の位置設定、▲８▼解析用入力ファイルの保存）に分割した。
【００５３】
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ようにした。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▲３▼および▲５▼について必要な数だけ操作を繰返すことができるように、バッチファイルによって１つの全体マクロファイルファイルにまとめ、この全体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できるようにした。
【００５４】
解析に用いた３種類の耐衝撃ポリプロピレンの材料特性を表１に示す。材料の歪み速度依存性は、降伏応力においてＣｏｗｐｅｒ−Ｓｙｍｏｎｄｓ式（下式）を適用することで考慮した。
【数１】
2004178200.tif 000004
【００５５】
【表１】
2004178200.tif 000005
【００５６】
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時間変化を出力させた。この加速度と時間の関係からＨＩＣ（ｄ）を算出し、内装部品性能を評価した。衝撃解析ソフトはＬＳ−ＤＹＮＡ  ｖｅｒｓｉｏｎ  ９５０（商標）を用いた。
【００５７】
最適化の際の設計変数は、縦リブを含む平面がｘｙ面となす直線が設計範囲内にある線分の始点と終点のｙ座標（ｔｒｙ１、ｔｒｙ２）と縦リブを含む平面がｙｚ面でｙ軸となす角度（ｔｔｈ）、横リブの基準位置と設計範囲のｙｚ面に平行な部分とのｘ方向の距離（ｒｌｏ）、横リブのピッチ（ｒｐｉ）の５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。評価関数は衝撃解析から得られたＦＭＨ重心での合成加速度と時間の関係から算出したＨＩＣ（ｄ）とした。図２４にリブ部の設計変数を示す。
【００５８】
各設計変数の制約条件を５．００ｍｍ≦ｔｒｙ１≦９７．６ｍｍ、５．００ｍｍ≦ｔｒｙ２≦１１１．４ｍｍ、６０．０°≦ｔｔｈ≦１２０°、１０．０ｍｍ≦ｒｌｏ≦５０．０ｍｍ、１０．０ｍｍ≦ｒｐｉ≦５０．０ｍｍとし、初期条件をｔｒｙ１＝５１．３ｍｍ、ｔｒｙ２＝５８．２ｍｍ、ｔｔｈ＝９０．０°、  ｒｌｏ＝３０ｍｍ、ｒｐｉ＝３０ｍｍ  とした。これらの条件は、現存する樹脂材料の特性を考慮して定めている。最適化支援ソフトはｉＳＩＧＨＴ  ｖｅｒｓｉｏｎ  ５．５（商標）を、最適化手法はＲｅｓｐｏｎｓｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  ＭｅｔｈｏｄとＭｏｄｉｆｉｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｅａｓｉｂｌｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓの組み合わせを用いた。
【００５９】
表２に各材料の初期条件および最適化結果の設計変数と評価関数を示す。この実施例の内装部品においては、弾性率、降伏応力が大きく、破断塑性歪みが小さい材料Ｂが、最適化後のＨＩＣ（ｄ）が最小であり、エネルギー吸収特性の面から優れていると考えられる。横リブの数は、初期値が８であったが、最適化後は１５であった。また、弾性率、降伏応力が小さく、破断塑性歪みが大きい材料Ａについてはピッチ間隔が広くなっている。これにより変形後破壊せずに座屈したリブが内装部品の剛性を極端に上げることを防いでいると推定される。
【００６０】
【表２】
2004178200.tif 000006
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、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、被評価モデルの作成と評価を繰り返す最適化設計を効率的に行なうことができる。さらに、被評価モデルの作成の際に、特定の形状要素の作成操作の反復回数を設計変数として扱えるようにしたことにより、従来のマクロ機能では不可能であった形状要素の数を変える解析用モデル作成の自動化を達成することができる。これにより、形状要素の数を設計変数とすることによって、形状の位相を変えるような範囲での形状の最適化が可能となり、優れた性能を有する樹脂製品の設計を容易とし、樹脂製品の性能の向上、用途の拡大に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によって設計する内装部品の意匠部及びボディ部のＣＡＤによる形状を示す図である。
【図２】内装部品の衝撃試験方法を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態の樹脂製品設計システムの構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態において形状モデル作成の準備工程を説明するフロー図である。
【図５】同じく、形状モデル作成の準備工程を説明するフロー図である。
【図６】モデル作成ソフトが、読み込んだＣＡＤデータからシェル要素を作成する工程を説明する図である。
【図７】（ａ）は、基準データファイルからＦＭＨモデルを読み込む工程、（ｂ）は、意匠部の完全拘束部（固定部分）を設定する工程、をそれぞれ示す図である。
【図８】（ａ）はＦＭＨの初期速度を設定する工程、（ｂは、ＦＭＨと意匠部の接触条件を設定する工程、をそれぞれ説明する図である。
【図９】（ａ）は、ボディ部と意匠部の接触条件を設定する工程、（ｂ）は、意匠部とリブ部の接合条件の内、意匠部の接合条件のみを設定する工程、をそれぞれ説明する図である。
【図１０】節点番号・要素番号管理用の仮の要素を作成する工程を説明する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、縦リブを作成する工程を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、縦リブを作成する工程を示す図である。
【図１３】縦リブを作成する工程を示す図である。
【図１４】横リブを作成する工程を示す図である。
【図１５】横リブを作成する工程を示す図である。
【図１６】（ａ）〜（ｆ）は、横リブを作成する工程を示す図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、横リブを作成する工程を示す図である。
【図１８】横リブを作成する工程を示す図である。
【図１９】（ａ）は、意匠部とリブの接触条件を設定する工程を示す図、（ｂ）は、ボディ部とリブの接触条件を設定する工程を示す図である。
【図２０】（ａ）は、意匠部とリブの接合条件のリブ部側を設定する工程を示す図、（ｂ）は、縦リブと横リブの接合条件を設定する工程を示す図である。
【図２１】（ａ）は、作成に用いた曲面、曲線、仮の要素を削除する工程を示す図、（ｂ）は、部品モデルとＦＭＨモデルの位置関係を修正する工程を示す図である。
【図２２】この発明の樹脂製品設計システムによる解析の工程を説明するフロー図である。
【図２３】この発明の形状モデル作成工程を説明するフロー図である。
【図２４】この発明の一実施例の樹脂製品設計工程において、リブ部の設計変数を示す図である。
【図２５】従来の樹脂製品の設計工程を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１０  意匠部
１２  ボディ部
１４  リブ部
１６  縦リブ
１８  横リブ
２０  フリーモーションヘッドフォーム
【図１】
2004178200.tif 000007
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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