(57)【要約】【課題】設計の段階及び、設計変更において設計作業を大幅に軽減することができ、寸法駆動の自由度も大きい設計支援方法を提供する。【解決手段】設計しようとする部品の複数の基本形状データから任意の基本形状データを選択する選択行程１、選択された基本形状に対して現実の設計に適合するよう寸法を変更する設計行程２、寸法が変更された基本形状にフィレットを追加して部品モデルとする部品化行程３、部品モデルに対してＣＡＥまたは試作モデルによりなされる機能検討行程５、及びこの機能検討に基づいて前記設計行程における設計を再検討するフィードバック行程６、を備える。基本的なジオメトリーで部品モデルを複数種類作成しておき、これらから実際に設計すべき部品のひな型を選択する。【選択図】  図１
2004341945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ＣＡＤシステムにおける設計支援手順において、
設計しようとする対象物の複数の基本形状データから任意の基本形状データを選択する選択行程と、
選択された基本形状に対して現実の設計に適合するよう寸法を変更する設計行程と、
寸法が変更された基本形状にフィレットを追加して部品モデルとする部品化行程と、
部品モデルに対してＣＡＥまたは試作モデルによりなされる機能検討行程と、
この機能検討に基づいて前記設計行程における設計を再検討するフィードバック行程と、
を備えることを特徴とする設計支援方法。
【請求項２】
前記部品化行程において、部品のリブまたはボスの形状設計がなされることを特徴とする請求項１に記載の設計支援方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は設計支援方法に関し、更に詳細には三次元ＣＡＤによる機械部品等の設計支援の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関等の機械部品の設計には三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）が多く用いられている。
この三次元ＣＡＤを利用した設計の具体的な手法として、先ず、設計者は部品のモデリングを行い形状と寸法を決定する。このとき、基本的ジオメトリー（寸法形状）を先に設計するが、これに加えて実際の部品として機能するよう様々なフィレットを追加設計する必要がある。フィレットとは部品全体を滑らかな曲線で形成するための肉盛り部分であり、リブやボス、あるいはいわゆる肉ぬすみもこれに類するものである。
【０００３】
これらフィレットは複雑な形状の曲線となることが多いことから、そのモデリングには多くの手数がかかる。
【０００４】
このように３Ｄ設計、とりわけ自動車部品のように不定形で曲線が多く、さらに多様なトポロジーの部品が複雑に関係しあうものを設計するのは、２Ｄ設計とは比較にならないほどに行程が複雑になるのが一般的である。
【０００５】
ところで、三次元ＣＡＤを使用する主な理由は、設計変更が比較的容易であることが挙げられる。設計変更には、例えば穿設部分の位置や径の変更の他、肉厚などを変更して強度を調整するものなども含まれる。
【０００６】
すなわち、従来の手書きの設計図では、ほとんど最初から書き直す必要があったものを、三次元ＣＡＤの使用によって比較的容易に設計変更ができ、結果を適宜、印刷出力することが可能である。
【０００７】
また、設計変更に連動して関連する各部の寸法を同時に変更する機能は、一般に［寸法駆動］と称される。この寸法駆動では、ＣＡＤで作図された図形と寸法からの変形処理が可能であり、例えば、変数による数式を記述することで複雑なパラメトリック変形処理も可能となる。
【０００８】
なお、従来、設計に際して蓄積された過去の情報、特に設計に必要な要素情報を抽出して利用するものがあるが（例えば、特許文献１参照）、これらは３次元ＣＡＤによる設計における問題や事情を踏まえて、その設計作業の効率化を図るものではない。
【特許文献１】
特開２００２−２３００４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９７１２２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現状では三次元ＣＡＤを使用した場合でも設計変更においてＣＡＤ本来の恩恵を充分に受けているとはいい難い。すなわち、従来のＣＡＤ設計手法では、設計変更に際して、今なお極めて多くの手数が必要であって最初から形状作成をする等、作業が非能率的であった。すなわち、通常は、所望の形状の部品を一からモデリングし、これに対してフィレット等を追加設計して完成させ、この形状の部品をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ：有限要素法による各種解析）などによってシミュレーションを行い、再度設計を見直すという手法が採られている。そして、設計変更があった場合には、上述の寸法駆動による処理を実行していた。
【００１０】
このとき、部品のトポロジー（位相幾何学）に変更がなければ、大きな問題はないが、穿設部分が増減する等、部品のトポロジー自体に変更があった場合には寸法駆動による処理を行うことができない。これは寸法駆動が形状と寸法を基礎にした処理であり、位相幾何学的に異なる形状に対しては処理を行うことができないことによるものである。
【００１１】
このため、部品のトポロジーに変更があった場合には、モデリングから再度設計をやり直す必要があり、それに伴って手間のかかるフィレット等の処理までも再度やり直すことがある。さらに、フィレット等の処理を行った後は設計変更の自由度が著しく制限され、寸法駆動の範囲も制約を受けることになる。
したがって、設計変更にあたっては、ほとんど初期段階からのやり直しを要し、モデリングの担当者やフィレット等の処理を行う担当者（モデラー）が多数必要となっていた。
【００１２】
本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされたもので、設計の段階、及び設計変更のおける設計作業を軽減することができ、寸法駆動の自由度も大きい設計支援方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三次元ＣＡＤシステムにおける設計支援手順において以下のような手法を採用した。
すなわち、設計しようとする対象物の複数の基本形状データから任意の基本形状データを選択する選択行程と、選択された基本形状に対して現実の設計に適合するよう寸法を変更する設計行程と、寸法が変更された基本形状にフィレットを追加して部品モデルとする部品化行程と、部品モデルに対してＣＡＥまたは試作モデルによりなされる機能検討行程、この機能検討に基づいて前記設計行程における設計を再検討するフィードバック行程と、を備えている。
【００１４】
以下、この発明の重要な構成要素について更に説明する。
〔選択行程１〕
予め設計しようとする対象物の複数の基本形状データを作成、蓄積しておく。これらは過去の設計上の経験等も折り込み、通常は専門の設計者により作成されたものである。
設計者は、これら基本形状データの中から実際の設計に最も近い形状及びトポロジーの基本形状データを選択する。基本形状データは、内燃機関を例とすれば、エンジンの形式、排気量、気筒数、バルブ数、過給機の有無、要求されるエンジン特性、などによって最も最適化したデータを作成しておく必要がある。これらデータには、フィレット（リブ、ボス、あるいは肉ぬすみを含む概念である）などの付加的データは含まれていない。選択行程で選択したデータはディスプレイ上に展開され、データ加工を可能とする。
【００１５】
〔設計行程２〕
基本形状データ読出行程で読み出されたデータは、例えば軸の位置やその寸法など基本的な形状寸法であるため、この行程では、エンジンやその他の装置全体の設計に合わせて個々の部品の寸法や形状を決定する。この段階では具体的な部品の形状までは設定されていない。
【００１６】
〔部品化行程３〕
設計行程で決定したジオメトリーで、フィレット、リブ、ボスあるいは肉ぬすみなどの付加的データをここで加入する。この段階で具体的な部品の形状が設定される。これらは周辺情報に基づいて追加され、比較的単純な作業であることから、設計者から指示を受けたいわゆるモデラー（担当者）によって最終形状を作成することができる。
【００１７】
〔機能検討行程５〕
設計行程では現実の部品に近い形状寸法が得られるが、その設計によって現実に問題なく作動するか否か、さらに強度や耐久性が充分か否かなどの検討を行う。これはＣＡＥまたは試作品などで検討する。
【００１８】
〔フィードバック行程６〕
機能の検討に伴い改善すべき点があれば、前記設計行程における設計を再検討するものである。部品化行程３の前段階で処理するため設計変更の対象となるデータ総量が少なく変更が容易となる。
ところで、例えば、エンジンを構成する部品の数や形状では、エンジンの形式、すなわち気筒数、バルブ数、過給機の有無、要求されるエンジン特性、など基本構造が同一であれば、ほぼ同様である。
【００１９】
そこで、基本的なジオメトリーで部品モデルを複数種類作成しておき、これらの内から実際に設計すべき部品のひな型として選択するものである。そして、これを基礎に設計の変更を行い実際の部品の設計を行うものである。
【００２０】
設計後の部品を検討した結果、さらに設計変更が必要となった場合は設計行程２まで戻ればよく、またトポロジーの変更を伴う最大の変更があった場合でも基本形状データの変更を行えばよいため、従来部品のモデリングから行っていた設計変更に比較して大幅な手数削減が可能である。さらに、フィレット等のデータが付加されていない設計行程２の段階で設計変更が行えるので寸法駆動の自由度も大となる。
なお、本発明は機械部品の設計に限られることなく、他のものにも適用することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の設計支援方法を図１から図４に示される実施形態について更に詳細に説明する。
本発明の設計方法はコンピュータシステム上で機能する三次元ＣＡＤシステムの処理手順である。
【００２２】
まず、そのコンピュータシステムについて図２を参照して簡単に説明する。このシステムは、社内サーバー５６に接続されたコンピュータであって、マイクロプロセッサ５０を有している。マイクロプロセッサ５０にはインターフェイス５１、ディスプレイ５２、キーボード５３、外部記憶装置５４、及びローカルエリアネットワークボード５５が接続され、このローカルエリアネットワークボード５５に社内サーバー５６が接続されている。
【００２３】
さらにインターフェイス５１にはハードディスク５７が接続されている。このハードディスク５７にはオペレーションシステム５８、ＣＡＤアプリケーション５９、設計しようとする部品の複数の基本形状データ６０、及び各種ドライバ６１がインストールされている。
【００２４】
基本形状データ６０とは、特定の部品について様々なジオメトリーで製作された複数種類のモデルデータである。これを図３及び図４に示すカムシャフトを例として説明する。
図３は、ツインカムエンジンにおけるインテーク側カムシャフト２０とエクゾースト側カムシャフト２１を示し、以下インテーク側カムシャフト２０を設計対象とする。インテーク側カムシャフト２０にはカム２２とカムシャフトギア２４が形成され、同様にエクゾースト側カムシャフト２１にはカム２３とカムシャフトギア２５が形成され、オイルシール２６及びタイミングプーリー２７が組み付けられるようになっている。
【００２５】
インテーク側カムシャフト２０の設計をするに際しては、基本的な形状データのみを有する多数種類の基本形状データ６０を予め準備しておく。
多数種類の基本形状データ６０を準備しておく理由は、例えば、Ｖ型６気筒エンジンにおけるインテーク側カムシャフトと、直列４気筒エンジンにおけるインテーク側カムシャフトとでは、カムシャフトの全長はもちろんカムの数やカムプロフィールも異なる。また、４バルブエンジンではカムの数が２倍となり求めるエンジン特性も異なるからである。
【００２６】
さらに図４に示すように、インテークバルブ２８とエクゾーストバルブ２９との挟み角Ａによってカムプロフィールを最適化する必要もあるため、パラメータは極めて多くなる。
このため、各種のエンジンに適合するインテーク側カムシャフトの基本データはできる限り多くの種類があり、かつそのデータに最適化が図られていることが望ましい。
【００２７】
実際の設計に際しては、図１に示すフローチャートに沿って実行する。
まず、設計しようとする部品の複数の基本形状データから任意の基本形状データを選択する。このときの選択に誤りがあると、選択段階からのやり直しが必要となる場合があり得るので注意を要する。この作業が選択行程１となる。
【００２８】
次に、選択された基本形状に対して現実の設計に適合するよう寸法を変更する。この段階ではデータ中にフィレット、リブ、ボス、あるいは肉ぬすみなどの付加的データがないため、寸法駆動による設計変更も極めて容易である。この作業が設計行程２となる。
このようにして所定のジオメトリーとなった部品（インテーク側カムシャフト）データに対してフィレットを追加して部品モデルとする部品化行程３を実行する。この段階でレンダリングが行われ実際の部品と同様の形状とすることができる（レンダリング行程４）。
【００２９】
続いて、この部品モデルに対してＣＡＥまたは試作モデルにより部品としての適性が検証される。このときＣＡＥによる解析で動作特性や振動特性なども予測でき、これを基礎に設計の最適化を図ることも可能である。このときの作業が機能検討行程５となる。
【００３０】
この機能検討に基づいて、前記設計行程２における設計を再検討する（フィードバック行程６）。このように、設計行程２では設計の見直しや寸法駆動を行えるため、作業時間の短縮が可能となる。また、設計変更後のフィレット付加などの作業はモデラー（担当者）が行うようにしてもよい。
【００３１】
上記の実施の形態では、３次元ＣＡＤを使用するに際して、予め作成された部品の機能を検討するのに不要な部分を除いたひな型を利用する。このひな型に基づいて新しい形状を作成する際、所定の目的、機能に合致させるために必要となる寸法変更は設計者が自ら行うが、リブ、ボス等の追加は設計者の指示によりモデラー（担当者）が作業を行うようにすることが可能である。このようなモデラーの作業には、比較的高度な熟練や技術が要求されることは少ないので、このような設計作業の分業化によって作業効率が大きく向上する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基本的なジオメトリーで部品モデルを複数種類作成しておき、これらの内から実際に設計すべき部品のひな型として選択するようにしたので、時間がかかるモデリング作業を短縮することができる。
また、設計後の部品を検討した結果、さらに設計変更が必要となった場合は、設計行程まで戻って作業を行うことができるため、寸法駆動の自由度が大きく、またデータ量が少ないために処理を迅速に行える。
【００３３】
さらに、トポロジーの変更を伴う最大の変更があった場合でも基本形状データを変更すればよいため、従来のモデリング段階から行っていた設計変更に比較して大幅な手数削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である設計支援方法のフローチャート図である。
【図２】本発明の一実施形態である設計支援方法を実現するハードウエアのブロック図である。
【図３】設計支援方法の具体例を示す部品の斜視図である。
【図４】設計支援方法の具体例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  選択行程
２  設計行程
３  部品化行程
４  レンダリング行程
５  機能検討行程
６  フィードバック行程
【図１】
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【図２】
2004341945.tif 000004
【図３】
2004341945.tif 000005
【図４】
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