(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部品からなるＣＡＤアセンブリモデルの各部品データを記憶する記憶手段を備え，前記ＣＡＤアセンブリモデルをボクセルに分割するボクセル分割処理装置であって，
前記ＣＡＤアセンブリモデルを構成する各部品ごとに，少なくとも３個以上のボクセルサイズに対して，前記記憶手段に記憶されたＣＡＤアセンブリモデルの部品データを用いて，部品の本来の形状の体積と当該部品のボクセル分割後の体積との誤差を算出し，体積誤差とボクセルサイズとの関係式を求めるボクセルサイズによる体積誤差計算手段と，
前記各部品ごとに，前記体積誤差とボクセルサイズとの関係式から体積誤差をある値に仮定した場合のボクセルサイズを算出し，そのボクセルサイズを用いたときの解析処理に要するマシン資源消費量を算出するボクセルサイズによるマシン資源消費量計算手段と，
前記マシン資源消費量の算出を少なくとも３個以上の体積誤差について行い，前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式を求める体積誤差によるマシン資源消費量計算手段と，
前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式から，使用可能なマシン資源の範囲内で体積誤差が最小になる値を算出するマシン資源量による体積誤差最小値計算手段と，
前記体積誤差が最小になる値をもとに，各部品ごとにボクセルサイズを算出する最小体積誤差によるボクセルサイズ計算手段とを備える
ことを特徴とするボクセル分割処理装置。
【請求項２】
複数の部品からなるＣＡＤアセンブリモデルの各部品データを記憶する記憶手段を備えるコンピュータが，前記ＣＡＤアセンブリモデルをボクセルに分割する方法であって，
前記ＣＡＤアセンブリモデルを構成する各部品ごとに，少なくとも３個以上のボクセルサイズに対して，前記記憶手段に記憶されたＣＡＤアセンブリモデルの部品データを用いて，部品の本来の形状の体積と当該部品のボクセル分割後の体積との誤差を算出し，体積誤差とボクセルサイズとの関係式を求める過程と，
前記各部品ごとに，前記体積誤差とボクセルサイズとの関係式から体積誤差をある値に仮定した場合のボクセルサイズを算出し，そのボクセルサイズを用いたときの解析処理に要するマシン資源消費量を算出する過程と，
前記マシン資源消費量の算出を少なくとも３個以上の体積誤差について行い，前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式を求める過程と，
前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式から，使用可能なマシン資源の範囲内で体積誤差が最小になる値を算出する過程と，
前記体積誤差が最小になる値をもとに，各部品ごとにボクセルサイズを算出する過程とを有する
ことを特徴とするボクセル分割処理方法。
【請求項３】
複数の部品からなるＣＡＤアセンブリモデルの各部品データを記憶する記憶手段を参照し，コンピュータが前記ＣＡＤアセンブリモデルをボクセルに分割するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって，
前記コンピュータを，
前記ＣＡＤアセンブリモデルを構成する各部品ごとに，少なくとも３個以上のボクセルサイズに対して，前記記憶手段に記憶されたＣＡＤアセンブリモデルの部品データを用いて，部品の本来の形状の体積と当該部品のボクセル分割後の体積との誤差を算出し，体積誤差とボクセルサイズとの関係式を求めるボクセルサイズによる体積誤差計算手段と，
前記各部品ごとに，前記体積誤差とボクセルサイズとの関係式から体積誤差をある値に仮定した場合のボクセルサイズを算出し，そのボクセルサイズを用いたときの解析処理に要するマシン資源消費量を算出するボクセルサイズによるマシン資源消費量計算手段と，
前記マシン資源消費量の算出を少なくとも３個以上の体積誤差について行い，前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式を求める体積誤差によるマシン資源消費量計算手段と，
前記ＣＡＤアセンブリモデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式から，使用可能なマシン資源の範囲内で体積誤差が最小になる値を算出するマシン資源量による体積誤差最小値計算手段と，
前記体積誤差が最小になる値をもとに，各部品ごとにボクセルサイズを算出する最小体積誤差によるボクセルサイズ計算手段として機能させるためのプログラムを記録した
ことを特徴とするボクセル分割処理プログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ＣＡＤのアセンブリモデルをボクセル（ＶＯＸＥＬ）に分割して解析する際のボクセル分割処理方法およびボクセル分割処理プログラム記録媒体に関する。
【０００２】
例えば有限要素法を用いてＣＡＤのアセンブリモデルに加わる応力，熱伝導等といった物理量の解析を行う場合には，アセンブリモデルを微小な立方体（これをＶＯＸＥＬという）に分割して計算を行う。ＶＯＸＥＬサイズは，小さければ小さいほど解析精度は上がるが，それに伴いマシン資源の消費量が急激に増加するので，マシン資源消費量との兼ね合いで最適なＶＯＸＥＬサイズを決定する必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
従来のＣＡＤアセンブリモデルのＶＯＸＥＬの分割方法では，アセンブリモデルの全部品（パーツ）に対して同一のＶＯＸＥＬサイズによる分割を行っている。そのため，部品の本来の形状とＶＯＸＥＬ分割を行った形状との体積誤差は，各部品ごとに異なってしまう。例えば，形状が長方体でなめらかな部品は体積誤差が小さく，微小な部品や曲面を多く含む部品は体積誤差が大きくなる。図９に示すように，従来のＶＯＸＥＬの分割方法では，ＣＡＤアセンブリモデルの部品Ａと部品Ｂのサイズおよび形状が異なっていても，部品Ａと部品Ｂは同一ＶＯＸＥＬサイズで分割されるため，ＶＯＸＥＬ分割後の部品Ｂの体積誤差は小さいが，部品Ａについては体積誤差が大きくなっていた。
【０００４】
また，解析するマシン（コンピュータシステム）のＣＰＵ時間やメモリ量等の資源と照らし合わせて解析前にＶＯＸＥＬサイズを指定することは，実際上は困難である。すなわち，解析処理を一度実行してみなければ，そのマシン資源によって解析処理が完了するかどうかの判断ができず，メモリ資源不足等で解析処理が不能となる場合もあった。このような処理不能の事態が生じた場合には，ＶＯＸＥＬサイズを再度設定し，解析属性データを作成し直して，再度解析処理を実行しなければならなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように，従来のＶＯＸＥＬ分割による解析処理では，ＣＡＤアセンブリモデルに，体積誤差が少ないかあるいは体積誤差が全くない部品があっても，一部にＶＯＸＥＬとの体積誤差が大きくなる部品が含まれていると，解析処理はＶＯＸＥＬ分割した形状の全体に対して行うため，アセンブリモデル全体としての解析結果の信頼性は低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
また，解析の精度を上げるために，ＶＯＸＥＬのサイズを必要以上に小さくすると，マシンの資源不足のために解析処理が不能になり，求める結果が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点の解決を図り，解析精度を上げてモデル全体としての解析結果の信頼性を保証するとともに，実際に解析処理に使用するマシン資源の範囲内で解析可能な最適なＶＯＸＥＬサイズを指定する手段を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は，上記課題を解決するため，ＣＡＤのアセンブリモデルをＶＯＸＥＬ分割する際に，各部品の本来の形状の体積とＶＯＸＥＬ分割後の体積との誤差が，全ての部品で同一となるように，部品ごとに異なるＶＯＸＥＬサイズを自動的に算出する手段を持つことを主要な特徴とする。
【０００９】
さらに，算出される体積誤差が現在使用可能なマシン資源の範囲内で計算し得る最小値となるように，ＶＯＸＥＬサイズを決定する手段を持つことにより，マシン資源の不足を生じさせないで最適な解析結果を得ることができるようにすることを特徴とする。
【００１０】
具体的には，以下の処理を行う。ＣＡＤアセンブリモデルの各部品ごとに，少なくとも３個以上のＶＯＸＥＬサイズに対して，部品の本来の形状の体積と当該部品のＶＯＸＥＬ分割後の体積との誤差を算出し，体積誤差とＶＯＸＥＬサイズとの関係式を求める。次に，各部品ごとに，体積誤差とＶＯＸＥＬサイズとの関係式から体積誤差をある値に仮定した場合のＶＯＸＥＬサイズを算出し，そのＶＯＸＥＬサイズを用いたときの解析処理に要するマシン資源消費量を算出する。このマシン資源消費量の算出を少なくとも３個以上の体積誤差について行い，モデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式を求める。モデル全体のマシン資源消費量と体積誤差との関係式から，使用可能なマシン資源の範囲内で体積誤差が最小になる値を算出し，その体積誤差が最小になる値をもとに，各部品ごとにＶＯＸＥＬサイズを算出する。こうして算出した各部品ごとのＶＯＸＥＬサイズでもって各部品をＶＯＸＥＬに分割し，解析処理を行うことにより，解析精度のよい結果を実用的な時間内で求めることができる。
【００１１】
以上の処理をコンピュータによって実現するためのプログラムは，コンピュータが読みとり可能な可搬媒体メモリ，半導体メモリ，ハードディスク等の適当な記録媒体に格納することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下，図面に従って本発明の実施の形態を説明する。図１は，本発明を実現する装置の構成例を示す図である。最適ＶＯＸＥＬサイズ自動計算部１０は，解析処理対象となっているＣＡＤアセンブリモデルの各部品ごとのＶＯＸＥＬサイズを本発明の手法によって算出する部分である。ＶＯＸＥＬ分割部２０は，最適ＶＯＸＥＬサイズ自動計算部１０によって算出されたＶＯＸＥＬサイズでもって各部品を分割する部分である。解析処理部３０は，有限要素法その他の既知の方法によって種々の解析処理を行う部分である。ＶＯＸＥＬ分割部２０および解析処理部３０の処理については，従来技術と同様であり，本発明の要旨に関係しないため詳しい説明は省略する。これらは，ＣＰＵとそのＣＰＵが実行するソフトウェアプログラムとによって実現される。
【００１３】
最適ＶＯＸＥＬサイズ自動計算部１０のＶＯＸＥＬサイズによる体積誤差計算部１では，ＣＡＤモデルの各部品（パーツ）ごとに，ＶＯＸＥＬサイズと体積誤差εとの関係を示す２次曲線を算出する。
【００１４】
図２に，ＣＡＤモデルの部品の体積およびＶＯＸＥＬ分割後の体積の模式図を示す。ＣＡＤモデルの部品ｉの体積をＶCADi，ＶＯＸＥＬ分割後の体積をＶCAEi（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とすると，各部品ｉごとの体積誤差εi は，
εi ＝｜（ＶCADi−ＶCAEi）／ＶCADi｜
である。
【００１５】
以上の体積誤差εi を各部品ごとに少なくとも３個以上のＶＯＸＥＬサイズについて算出し，図３に示すような体積誤差εi とＶＯＸＥＬサイズとの関係を示す２次曲線を求める。この２次曲線は，ＶＯＸＥＬサイズをＶとすると，以下の式で与えられる。
【００１６】
εi ＝ａＶ2 ＋ｂＶ＋ｃ（範囲条件：Ｖ＞０）        （式１）
この式において，実測した少なくとも３点のεi とＶとの値から，２次曲線（式１）の係数ａ，ｂ，ｃを求めることができる。これを全部品について行う。
【００１７】
続いてＶＯＸＥＬサイズによるマシン資源消費量計算部２では，ＶＯＸＥＬサイズによる体積誤差計算部１で求めた２次曲線をもとに，体積誤差εi を全部品について一定にした場合のＶＯＸＥＬサイズを部品ごとに求めて，さらに，そのＶＯＸＥＬサイズにおける各部品のマシン資源消費量を計算する。すなわち，図４に示すように，ε1 ＝ε2 ＝…＝εn ＝εとして，各部品ごとにＶＯＸＥＬサイズを求め，それをもとにマシン資源消費量を算出する。これを全部品について合計することにより，モデル全体のマシン資源消費量を求める。以上の処理を，所定数，例えば体積誤差が大中小の場合のように，少なくとも３つの体積誤差εについて行う。
【００１８】
なお，ＣＰＵ時間やメモリ使用量等のマシン資源消費量は，ほぼ分割したＶＯＸＥＬ数に比例すると考えてよいので，ＶＯＸＥＬサイズから各部品ごとのＶＯＸＥＬ数を算出し，あらかじめ経験的に求めた単位ＶＯＸＥＬ当たりのＣＰＵ時間やメモリ使用量から各部品ごとのマシン資源消費量を算出することができる。マシン資源として，使用可能なディスク容量やメモリ容量またはＣＰＵ時間（計算処理時間）のいずれかだけを考慮してもよいし，これらのすべてを考慮するようにしてもよい。
【００１９】
次に，体積誤差によるマシン資源消費量計算部３では，マシン資源消費量から最適な体積誤差を求めるために，ＶＯＸＥＬサイズによるマシン資源消費量計算部２で求めた体積誤差とマシン資源消費量との関係から，図５に示すような２次曲線を求める。２次曲線はマシン資源量をＲとすると，次式で与えられる。
【００２０】
Ｒ＝ａε2 ＋ｂε＋ｃ（範囲条件：ε≦ｂ）    （式２）
少なくとも３点のＲとεとの関係から，この式の係数ａ，ｂ，ｃを求めることができる。
【００２１】
マシン資源量による体積誤差最小値計算部４では，体積誤差によるマシン資源消費量計算部３で求めた２次曲線（式２）をもとに，解析処理を行う装置の使用可能なマシン資源量から，図６に示すように，そのマシン資源量に対応する体積誤差を求める。この体積誤差は，解析処理の途中でマシン資源の不足が生じない範囲において最小となる値である。解析処理を行う装置の使用可能なマシン資源量は，例えば解析の処理実行時間が何時間以内，使用メモリ量が何ＭＢ以下というように，ユーザに解析処理の前に指定させてもよいし，システム環境情報としてシステム内に記憶されているシステム定数から自動的に取得するようにしてもよい。
【００２２】
最小体積誤差によるＶＯＸＥＬサイズ計算部５では，体積誤差によるマシン資源消費量計算部３で求めた体積誤差の最小値から，各部品ごとのＶＯＸＥＬサイズを算出する。
【００２３】
図７に，本発明の実施の形態における処理フローチャートを示す。
【００２４】
各部品ごとに，ＶＯＸＥＬサイズによる体積誤差および２次曲線（式１）を算出し（ステップＳ２），ステップＳ２の処理を処理回数が全部品数になるまで繰り返す（ステップＳ１）。
【００２５】
続いて，ある一定の体積誤差をεに設定して（ステップＳ４），処理回数が全部品数になるまで（ステップＳ５），各部品ごとに体積誤差εの場合のマシン資源消費量を算出する（ステップＳ６）。全部品についてステップＳ６の処理を行ったら，モデル全体についての体積誤差εの場合のマシン資源消費量を算出する（ステップＳ７）。ステップＳ４からステップＳ７までの処理を処理回数が３回になるまで繰り返す（ステップＳ３）。
【００２６】
次に，ステップＳ４からステップＳ７までの処理で求めた値から，モデル全体についての体積誤差εによるマシン資源消費量の２次曲線（式２）を算出し（ステップＳ８）。現在のマシン資源量による体積誤差（最適値Ε）を算出する（ステップＳ９）。
【００２７】
次に，各部品ごとに，ステップＳ９の処理で求めた体積誤差Εの場合のＶＯＸＥＬサイズを算出し（ステップＳ１１），全ての部品についてステップＳ１１の処理を行ったら（ステップＳ１０），処理を終了する。
【００２８】
この結果をもとにＶＯＸＥＬ分割部２０では，各部品をＶＯＸＥＬに分割し，解析処理部３０では，種々の解析処理を実行する。
【００２９】
図８に示すように，本発明では，ＶＯＸＥＬ分割後の体積誤差が同一となるように部品ごとに異なるＶＯＸＥＬサイズで分割する。この場合，部品Ｂについては，相対的に分割数が粗くなることが考えられる。しかし，ＶＯＸＥＬ分割数が粗くなる形状の部品は，もともと体積誤差が小さい形状の部品であるため，部品Ａに比べて，ＶＯＸＥＬ分割数が減少することによる影響を受けにくい。一方，従来の方法では体積誤差が大きくなった部品Ａについては，本発明により，細かく分割されるため，解析処理においてより高い精度が得られる。したがって，ＣＡＤアセンブリモデル全体としては，一定以上の解析精度が保証され，解析結果の信頼性が高くなる。
【００３０】
さらにＶＯＸＥＬ分割数は，許容できるマシン資源の範囲内で計算し得る最小の体積誤差をもとに算出されるため，現在の環境でマシン資源不足を起こさずに実行することができる最適な解析結果が得られることになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，従来のアセンブリモデル全体に対して同一のＶＯＸＥＬサイズを指定する方法と異なり，個々の部品（パーツ）ごとに体積誤差が同一となるＶＯＸＥＬサイズを指定して分割する。このため，自由曲面を多く含む部品や微小な部品が存在しても，個々の部品の形状，サイズに影響されずに，全部品について一定以上の解析精度が保証され，アセンブリモデル全体としての解析結果の信頼性が向上する。
【００３２】
また，実際に解析処理を行う前に，その処理を行うマシンの資源の範囲内でＶＯＸＥＬサイズ（分割数）を指定することができる。このため，解析処理の途中でのディスク，メモリ等の不足による解析不能を防ぐことができ，現在のマシン資源の範囲内で計算し得る，最適な解析結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実現する装置の構成例を示す図である。
【図２】ＣＡＤモデルの部品の体積とＶＯＸＥＬ分割後の体積を説明するための図である。
【図３】各部品ごとの体積誤差とＶＯＸＥＬサイズとの関係を示す２次曲線（式１）の算出を説明するための図である。
【図４】体積誤差εを一定とした場合のＶＯＸＥＬサイズ算出を説明するための図である。
【図５】マシン資源消費量と体積誤差εとの関係を示す２次曲線（式２）の算出を説明するための図である。
【図６】マシン資源消費量から体積誤差の最適値を算出する処理を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態における処理フローチャートである。
【図８】本発明によるＣＡＤモデルのＶＯＸＥＬ分割の例を示す図である。
【図９】従来方法によるＣＡＤモデルのＶＯＸＥＬ分割の例を示す図である。
【符号の説明】
１    ＶＯＸＥＬサイズによる体積誤差計算部
２    ＶＯＸＥＬサイズによるマシン資源消費量計算部
３    体積誤差によるマシン資源消費量計算部
４    マシン資源量による体積誤差最小値計算部
５    最小体積誤差によるＶＯＸＥＬサイズ計算部
１０  最適ＶＯＸＥＬサイズ自動計算部
２０  ＶＯＸＥＬ分割部
３０  解析処理部
【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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