(57)【要約】本発明は、構造物の最適形状を容易且つ的確に設計することが可能な最適形状の設計方法及びこれを用いた最適形状の設計システムを提供することを可能にすることを目的としている。そして、その構成は、ＣＡＤ部２ｂにより定義された構造物のＣＡＤデータＭと、ＣＡＥ構造解析部２ｄにより検出された力学的応答量と、製作可否判断部２ｃにより判断された製作可否情報と、コスト算出部２ｆにより検出された製作コスト情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように構造物の最適形状が検出されるまで構造物のＣＡＤデータＭを変更し、その変更したＣＡＤデータＭに基づいて前記相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて構造物の最適形状を検出する最適化制御部２ａを設けて構成したことを特徴とする。
2004095320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の設計データに基づいて作成された該構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換し、
前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析により力学的応答量を検出すると共に、前記ＣＡＤデータとして定義された構造物形状について製作可否を判断し、
前記構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を検出し、
前記相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、
その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状を検出することを特徴とする最適形状の設計方法。
【請求項２】
構造物の設計データに基づいて作成された該構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換し、
前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析により力学的応答量を検出すると共に、前記ＣＡＤデータとして定義された構造物形状について製作可否を判断すると共に、前記ＣＡＤデータとして定義された構造物形状について製作コストを検出し、
前記構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否及び前記製作コストとの相関関係を検出し、
前記相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、
その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて、該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否及び前記製作コストとの相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように前記構造物の最適形状を検出することを特徴とする最適形状の設計方法。
【請求項３】
前記構造物は成形金型を用いて製作される物品であって、該物品と成形金型とを離型する際に抜き方向に対して垂直な複数の平面で分割される各断面の断面形状の外周が該抜き方向から投影して交差しないことで製作可能を判断することを特徴とするクレーム１またはクレーム２に記載の最適形状の設計方法。
【請求項４】
前記構造物は緩衝包装に使用する緩衝材であって、落下衝撃時に被緩衝物に生じる最大減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも１つを前記力学的応答量として検出することを特徴とするクレーム１〜３のいずれか１項に記載の最適形状の設計方法。
【請求項５】
構造物の設計データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された構造物の設計データに基づいて構造物形状を定義するＣＡＤ手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換するＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段と、
前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状について力学的応答量を検出するＣＡＥ構造解析手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物形状について製作可否を判断する製作可否判断手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータと、前記ＣＡＥ構造解析手段により検出された力学的応答量と、前記製作可否判断手段により判断された製作可否情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状を検出する最適化制御手段と、
前記最適化制御手段により検出された前記構造物の最適形状を出力表示するための表示手段と、
を有することを特徴とする最適形状の設計システム。
【請求項６】
構造物の設計データを入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された構造物の設計データに基づいて構造物形状を定義するＣＡＤ手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換するＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段と、
前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状について力学的応答量を検出するＣＡＥ構造解析手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物形状について製作可否を判断する製作可否判断手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物形状について製作コストを検出するコスト算出手段と、
前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータと、前記ＣＡＥ構造解析手段により検出された力学的応答量と、前記製作可否判断手段により判断された製作可否情報と、前記コスト算出手段により検出された製作コスト情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否及び前記製作コストとの相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように前記構造物の最適形状を検出する最適化制御手段と、
前記最適化制御手段により検出された前記構造物の最適形状を出力表示するための表示手段と、
を有することを特徴とする最適形状の設計システム。
【請求項７】
前記構造物は成形金型を用いて製作される物品であって、前記製作可否判断手段は該物品と成形金型とを離型する際に抜き方向に対して垂直な複数の平面で分割される各断面の断面形状の外周が該抜き方向から投影して交差しないことで製作可能を判断することを特徴とするクレーム５またはクレーム６に記載の最適形状の設計システム。
【請求項８】
前記構造物は緩衝包装に使用する緩衝材であって、前記ＣＡＥ構造解析手段は被緩衝物に生じる最大減速度、最大変位及び前記緩衝材の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも１つを前記力学的応答量として検出することを特徴とするクレーム５〜７のいずれか１項に記載の最適形状の設計システム。
【請求項９】
前記構造物は緩衝包装に使用する緩衝材であって、前記ＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段は、前記緩衝材と前記被緩衝物との干渉を調べ、互いに干渉している場合は前記緩衝材側から前記被緩衝物との干渉部分を引き算処理することを特徴とするクレーム５〜８のいずれか１項に記載の最適形状の設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、構造物の最適形状の設計方法及び設計システムに関するものである。
【背景技術】  従来、構造物の最適形状の設計においては、構造物各部の寸法や形状関数を設計変数とし、その設計変数を変えてＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）構造解析を行って最適形状を探索する設計方法が採られている。
この従来の設計方法においては、当該設計変数はＣＡＥデータに含まれる節点の座標で定義され、当該節点座標を移動させることにより最適形状を求める手法が採られている。
従来の構造最適化方法としては、最適化領域を入力することで構造物の最適形状が得られ、リブやボス等の追加／削除によるトポロジ（位相・形態）変化を伴う構造物の形状を短時間に最適化出来るもの（例えば、特許文献１参照）や、構造物の設計仕様、初期形状、設計パラメータの適用範囲、境界条件を入力することで設計仕様を満足する最適モデルを設計するもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
また、緩衝包装における緩衝材の設計では、板状緩衝材の緩衝性能データを参考にした設計者の勘や経験に頼った設計方法が一般的であり、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）は用いているもののＣＡＥ構造解析を併用し、且つ成型可否及び製作コストを含めた最適化を行える最適形状の設計システムは存在しない。
【特許文献１】  特開２００１−２９７１１８号公報
【特許文献２】  特開平３−２２４０６３号公報
しかしながら、前述の従来技術のように、強度といった力学的な諸量を制約条件にして構造物の体積或いは重量を最小にする最適形状の設計は様々な分野で行われているが、成型性の可否及び製作コストを同時に扱った最適形状の設計システムは無く、力学的な最適形状を求めてから成型性やコストを評価し、妥当かどうかを判断する手法が一般的であり、必要に応じて形状の制約条件を再度見直し、再度最適化計算を行う場合があった。
【発明の開示】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、構造物の最適形状を容易且つ的確に成型可否及び製作コストまで考慮して設計することが可能な最適形状の設計方法及びこれを用いた最適形状の設計システムを提供せんとするものである。
前記目的を達成するための本発明に係る最適形状の設計方法の代表的な構成は、構造物の設計データに基づいて作成された該構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換し、前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析により力学的応答量を検出すると共に、前記ＣＡＤデータとして定義された構造物形状について製作可否を判断し、前記構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を検出し、前記相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状を検出することを特徴とする。
本発明は、上述の如く構成したので、構造物のＣＡＤデータと、該ＣＡＤデータからＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析により検出された力学的応答量と、製作可否との相関関係を検出し、その相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように構造物の最適形状が検出されるまで構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように構造物の最適形状を検出することで、構造物の最適形状を容易且つ的確に設計することが出来る。
また、本発明に係る最適形状の設計システムの代表的な構成は、構造物の設計データを入力する入力手段と、前記入力手段により入力された構造物の設計データに基づいて構造物形状を定義するＣＡＤ手段と、前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換するＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段と、前記ＣＡＥデータに変換された構造物形状について力学的応答量を検出するＣＡＥ構造解析手段と、前記ＣＡＤ手段により定義された構造物形状について製作可否を判断する製作可否判断手段と、前記ＣＡＤ手段により定義された構造物のＣＡＤデータと、前記ＣＡＥ構造解析手段により検出された力学的応答量と、前記製作可否判断手段により判断された製作可否情報との相関関係を検出し、該相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状が検出されるまで前記構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した前記構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、前記力学的応答量と、前記製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて前記力学的応答量が前記構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように前記構造物の最適形状を検出する最適化制御手段と、前記最適化制御手段により検出された前記構造物の最適形状を出力表示するための表示手段とを有することを特徴とする。
本発明は、上述の如く構成したので、入力手段により入力された構造物のＣＡＤデータと、ＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段によりＣＡＤデータからＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析手段により検出された力学的応答量と、製作可否判断手段により判断された製作可否情報との相関関係を検出し、その相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように構造物の最適形状が検出されるまで構造物のＣＡＤデータを変更し、その変更した構造物のＣＡＤデータに基づいて該構造物のＣＡＤデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように最適化制御手段が構造物の最適形状を検出し、表示手段により、その構造物の最適形状を出力表示することが出来る。これにより、構造物の最適形状を容易且つ的確に設計することが出来る。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明に係る最適形状の設計システムの概略構成を示すブロック図である。
図２は最適形状検出時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
図３は被緩衝物と、その被緩衝物を包装する緩衝材の設計初期段階での形状をＣＡＤデータで示した図である。
図４は図３に示すＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換した様子を示す図である。
図５は構造物のＣＡＤデータと、力学的応答量と、製作可否と、製作コストとの相関関係を示す図である。
図６は最適形状を求める過程において設計条件を満足しない緩衝材の形状の一例をＣＡＤデータで示した図である。
図７は緩衝材の最適形状の一例をＣＡＤデータで示した図である。
図８は緩衝材の設計初期段階での他の形状をＣＡＤデータで示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図により本発明に係る最適形状の設計方法及び設計システムの一例として緩衝包装に使用する緩衝材の最適形状の設計方法及び設計システムに適用した場合の一実施形態を具体的に説明する。
図１において、１は設計対象の構造物として、成形金型を用いて製作される物品であって緩衝包装に使用する緩衝材４を設計するために必要とする設計データを入力するための入力手段としての入力装置であって、パーソナルコンピュータ等に設けられたキーボードやマウス或いはインターネット等の通信回線を介して設計データを入力可能な入力装置である。
２は入力装置１により入力された設計データに基づいて所定の演算処理を行って構造物である緩衝材４の最適形状を演算する演算処理装置であり、３は演算処理装置２で演算された緩衝材４の最適形状を出力表示するための表示手段となるＣＲＴ（ブラウン管）或いはプリンタ等の表示装置であって、この表示装置３はデータベース・ファイル等に格納された設計結果を読み込んで出力表示する機能も備えている。
演算処理装置２は、その演算処理部で行う演算処理を制御し、構造物である緩衝材４の最適形状を検出する最適化制御手段となる最適化制御部２ａと、入力装置１により入力された構造物となる緩衝材４の設計データに基づいて該緩衝材４の構造物形状を定義するＣＡＤ手段となるＣＡＤ部２ｂと、このＣＡＤ部２ｂで定義された構造物となる緩衝材４のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換するＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段となるＣＡＤ／ＣＡＥ変換部２ｃと、このＣＡＥデータに変換された緩衝材４の構造物形状についてＣＡＥ構造解析により力学的応答量を検出するＣＡＥ構造解析手段となるＣＡＥ構造解析部２ｄと、ＣＡＤ部２ｂで定義された緩衝材４の構造物形状について製作可否を判断する製作可否判断手段となる製作可否判断部２ｅと、ＣＡＤ部２ｂで定義された緩衝材４の構造物形状について製作コストを検出するコスト算出手段となるコスト算出部２ｆ等を有して構成されている。
最適化制御部２ａでは、図５に示して後述するように、ＣＡＤ部２ｂで構造物となる緩衝材４の設計データに基づいて作成されたＣＡＤデータと、ＣＡＥ構造解析部２ｄで検出された力学的応答量と、製作可否判断部２ｅで判断された製作可否情報と、コスト算出部２ｆで検出された製作コスト情報との相関関係を検出すると共に、この相関関係に基づいて製作可能で且つ力学的応答量が緩衝材４の設計条件を満足し、且つ最小製作コストとなるような緩衝材４の最適形状が検出されるまで該緩衝材４のＣＡＤデータを変更し、その変更したＣＡＤデータに基づいて、該ＣＡＤデータと、ＣＡＥ構造解析部２ｄで新たに検出された力学的応答量と、製作可否判断部２ｅで再度判断された製作可否情報と、コスト算出部２ｆで新たに検出された製作コスト情報とに基づいて先の相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が緩衝材４の設計条件を満足し、且つ製作可能で、且つ最小製作コストとなるように構造物である緩衝材４の最適形状を検出する最適化演算処理を行う。
本実施形態では、製作可否判断部２ｅにより製作可能を判断する場合、緩衝材４と成形金型とを離型する際に図３、図６及び図７に示す抜き方向ａに対して垂直な複数の平面で分割される各断面の断面形状の外周が該抜き方向ａから投影して交差しないことで製作可能を判断している。
また、ＣＡＥ構造解析部２ｄにより検出する力学的応答量の一例として、本実施形態では、落下衝撃時に緩衝材４により包装される被緩衝物５に生じる最大減速度、最大変位及び緩衝材４の長期使用時に生じるクリープ変位のうちの少なくとも１つを検出するように設定している。
次に、図２を用いて、本発明に係る最適形状の設計方法により構造物となる緩衝材４の最適形状が検出されるまでの処理手順の一例について説明する。先ず、ステップＳ１において、入力装置１としてキーボード或いはインターネット等の通信回線等を経由して、設計対象の構造物となる緩衝材４の設計データを入力する。
例えば、緩衝包装用の緩衝材４の最適形状を設計する場合には、設計データとして、被緩衝物５の形状、重量、落下高さ、落下方向、設計許容値（例えば、被緩衝物５に生じる最大減速度、底付き或いは緩衝材４からの脱落を判定するための被緩衝物５の最大変位、長期使用時の緩衝材４のへたりを判定するための緩衝材４のクリープ変位、被緩衝物５に生じる最大応力、被緩衝物５に生じる最大歪み、緩衝材４に生じる最大応力、緩衝材４に生じる最大歪み、及び緩衝材４の反発係数等の機械的応答量の許容値等）、被緩衝物（包装される物品）５、外箱及び緩衝材４に使用する素材の機械的物性値（例えば、応力・歪み曲線、ポアソン比、密度等）を入力する。また、段ボール箱等の外箱の寸法、外箱に収める被緩衝物５の位置等も必要に応じて設計条件として入力する。
尚、被緩衝物５、外箱、緩衝材４に使用する素材の機械的物性値は、それ等の各種データを格納した記憶装置或いはデータベース・ファイルを用意しておき、ここから、用いる素材に応じて機械的物性値を検索し、これを利用するようにしても良い。
演算処理装置２ではこれ等の設計データが入力されると、ステップＳ２に移行し、緩衝材４の設計初期形状をＣＡＤ部２ｂを用いて、例えば、図３に示すようなＣＡＤデータＭ１を作成する。このときに、設計変数となる形状データ（例えば、寸法、角度、リブや穴の有無等）を定義しておく。
尚、この設計初期形状は新たに作成する方法以外に、先に設計した事例のＣＡＤデータＭをデータベース等から選択して使用しても良い。このとき、更にデータベースに格納されている図３及び図８に示すような異なる緩衝材４の設計初期形状を複数選択し、複数選択された緩衝材４の設計初期形状と各々の設計初期形状に含まれる前記形状データを設計変数として定義するようにしても良い。
ステップＳ２において、緩衝材４と被緩衝物５とを組み合わせた際に被緩衝物５に突起部５ａや曲面部がある場合のために、ＣＡＤ／ＣＡＥ変換手段となるＣＡＤ／ＣＡＥ変換部２ｃは緩衝材４（例えば、体積集合Ａ）と被緩衝物５（例えば、体積集合Ｂ）との干渉を調べ、互いに干渉している場合（Ａ∩Ｂ≧０）には、緩衝材４側から被緩衝物５との干渉部分（Ａ∩Ｂ）を引き算処理｛Ａ−（Ａ∩Ｂ）｝する。緩衝材４の凹部４ａは、該緩衝材４側から干渉部分となる被緩衝物５の突起部５ａを引き算処理して形成される。
この際、ＣＡＥ構造解析手段となるＣＡＥ構造解析部２ｄでの緩衝材４と被緩衝物５との間の接触計算が可能となるように該緩衝材４と被緩衝物５との境界に１ｍｍ程度の隙間を設ける。
次いで、ステップＳ３、ステップＳ６及びステップＳ７に移行し、ステップＳ１で入力された設計データ及びステップＳ２で定義したＣＡＤデータＭについて以下の処理を夫々のステップＳ３，Ｓ６，Ｓ７で行う。
先ず、ステップＳ３では、ＣＡＤ／ＣＡＥ変換部２ｃによりステップＳ２で定義したＣＡＤデータＭをステップＳ１で入力された設計データを含めてＣＡＥ構造解析に用いるＣＡＥデータＮに変換する。これにより、例えば、図４に示すＣＡＥデータＮ１が得られる。
ＣＡＤ／ＣＡＥ変換部２ｃに設けられるＣＡＤデータＭをＣＡＥデータＮに変換するプログラムには、例えば、Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．製のＫＵＢＲＩＸ（商品名）といった汎用自動要素分割プログラムが適用される。
次いで、ステップＳ４に移行し、ＣＡＥ構造解析部２ｄにおいてステップＳ３で作成されたＣＡＥデータＮに対して落下衝撃解析を実行する。この落下衝撃解析には、例えば、Ｈｉｂｂｉｔｔ，Ｋａｒｌｓｓｏｎ＆Ｓｏｒｅｎｓｅｎ，Ｉｎｃ．製のＡＢＡＱＵＳ（商品名）、ＭＥＣＡＬＯＧ  Ｓ．Ａ．Ｒ．Ｌ．製のＲＡＤＩＯＳＳ（商品名）、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＬＳ−ＤＹＮＡ（商品名）、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓ．Ａ．製のＰＡＭ−ＣＲＡＳＨ（商品名）といった汎用ＣＡＥプログラムが適用される。
次いで、ステップＳ５に移行し、前記ステップＳ４で実行された落下衝撃解析の結果から被緩衝物５に生じる最大減速度等といった設計許容値との大小を比較する力学的応答量を算出する。この力学的応答量の算出には、上記汎用ＣＡＥプログラムに備わっているポストプロセッサを適用したり、解析結果をテキストデータで出力させ当該データを編集するプログラムを作成して使用しても良い。
一方、ステップＳ６では、製作可否判断部２ｅにおいて、前記ステップＳ２で定義したＣＡＤデータＭに対し、成形金型を用いて製作される場合の離型のための抜き勾配が適切に施されているか否かを判断することにより製作可否を判断する。
この成形可否判断は抜き方向ａと垂直な複数の平面で分割した緩衝材４の各々の断面が該抜き方向ａに対して、その断面積が徐々に小さくなり且つ断面の外周或いは内周が抜き方向ａから見たときに他の断面の外周或いは内周と交差していないことを調べるプログラムを用いたり、或いは一部のＣＡＤソフト（例えば、Ｓｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＳｏｌｉｄ  Ｗｏｒｋｓ；商品名）に備わっている抜き勾配確認機能を適用しても良い。
また、ステップＳ７では、コスト算出部２ｆにおいて、前記ステップＳ２で定義したＣＡＤデータＭに対して製作コストを算出する。例えば、緩衝材４としてビーズ発泡成型品を使用する場合には、材料費として素材使用量に相当するＣＡＤデータＭの体積に素材単価を乗じた値、加工費として成形機のランニングコスト等が適用され、製作コストが算出される。
また、緩衝材４として押出発泡品を使用する場合には、材料費として原反単価を板取りを考慮した原反取数で割った値、加工費としてカット費、熱貼加工費、抜き型代等が適用され、製作コストが算出される。
そして、ステップＳ８に移行し、ステップＳ５、ステップＳ６及びステップＳ７で算出された力学的応答量、製作可否情報、製作コスト情報を用いて、図３に示すＣＡＤデータＭ１の設計変数と力学的応答量、製作可否及び製作コストとの相関関係を、例えば、図５に示すグラフのように導き、この相関関係に基づいて製作可能で且つ力学的応答量が設計対象の緩衝材４の設計許容値を満足し、且つ製作コストが最小となる緩衝材４の最適形状を求める。
設計対象の緩衝材４の最適形状を求める過程において、例えば、図５及び図６に示すＣＡＤデータＭ２のように設計条件を満足しない（製作不可能、力学的応答量が設計許容値を超える）、或いは製作コストがより安価になる緩衝材形状が存在し得る場合には最適形状が求まるまでステップＳ８から前記ステップＳ２に移行し、図５に示すように、ＣＡＤデータＭを変更して力学的応答量、製作可否及び製作コストとの相関関係を更新し、最終的に最適形状を求める。
図５は図３に示すＣＡＤデータＭ１から開始して、順次、ＣＡＤデータＭ２，Ｍ３，…，Ｍ８と変更し、９回目に、例えば、図７に示すような緩衝材４の最適形状のＣＡＤデータＭｏｐｔが得られた様子を示す。設計対象の緩衝材４の最適形状を求める最適化制御部２ａには、例えば、Ｅｎｇｉｎｅｏｕｓ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｉｎｃ．製のｉＳｉｇｈｔ（商品名）といった汎用最適化プログラムが適用される。
図８は緩衝材の設計初期段階での他の形状をＣＡＤデータで示した図である。図８中、４ｂは緩衝材４の４隅に穿設される孔であり、４ｃは該孔４ｂから緩衝材４の開口部まで延長されたスリットである。このように、データベースに格納されている前述した図３及び図８に示すような異なる緩衝材４の設計初期形状を複数選択し、複数選択された緩衝材４の設計初期形状と各々の設計初期形状に含まれる前記形状データを設計変数として定義するようにしても良い。
本実施形態では、設計変数としてＣＡＤデータＭを用いているため、求められた最適形状に対して、その図面や機械加工用のＮＣデータを作成する作業が容易となる。
また、形状が変更される度にＣＡＤデータＭについて要素分割を行うため、歪んだ要素が発生し難く、ＣＡＥ構造解析における解析精度が悪化する可能性が低く、リブや穴を増やすといった複雑な形状変更にも容易に対応出来る。
更に、力学的応答量だけではなく、製作可否や製作コストも最適化の条件に加えているため、加工性、経済性も含めたより生産性の高い最適形状を得ることが出来る。
尚、前記実施形態では、構造物として緩衝材４を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の種々の構造物であっても適用することが出来る。この場合には設計対象とする構造物に応じて、ＣＡＥ構造解析部２ｄに用いる汎用のＣＡＥプログラムを変更し、評価対象の力学的応答量と製作コスト算出方法等を変更すれば良い。
【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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【国際調査報告】
2004095320.tif 000011
2004095320.tif 000012