(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個又はそれ以上のコンピュータで動作することができ、コンポーネントの挙動を予測するシステムにおいて、
１個又はそれ以上の境界条件を受け取りかつ粗いメッシュで規定される複数個の第１ノードでコンポーネントの挙動を表す複数個の第１値を発生し、また第１微細メッシュで規定される複数個の第２ノードでコンポーネントの挙動を表す複数個の第２値を発生し、前記粗いメッシュは複数個の共通ノードで第１微細メッシュに一致し、更に、この共通ノードに対して第１値と第２値との比較に応答して第１細分域を規定し、この第１細分域を使用してコンポーネントの挙動を予測する定常エンジンを具えた
ことを特徴とするコンポーネント挙動予測システム。
【請求項２】
システムによってコンポーネントの熱的挙動を予測するため、定常エンジンにより部分的な微分方程式の解を求め、対応するノードの温度予測を表す第１値及び第２値を発生する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
システムによってコンポーネントの流体動力学的挙動を予測する４ため、定常エンジンにより部分的な微分方程式の解を求め、対応するノードの速度予測を表す第１値及び第２値を発生する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記定常エンジンにより共通ノードにおける第１値及び第２値間の差を発生し、更に、この差が閾値を越えた場合に前記共通ノードをエラーノードとして特定する請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記定常エンジンにより、第２微細メッシュによって規定される複数個の第３ノードでコンポーネントの挙動を表す複数個の第３値を発生し、共通ノードにおける第２値と第３値との比較に応答して第１細分域内に第２細分域を規定するようにした請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記定常エンジンにより、共通ノードにおける第２値と第３値との間の差を発生し、更に、この差が閾値を越える場合にこの共通ノードをエラーノードとして特定するようにした請求項５記載のシステム。
【請求項７】
時間間隔を終了する第１時点で粗いメッシュのノードに対する第１予測を発生し、前記時間間隔内の第２時点で前記ノードに対する割り込み予測を発生し、この割り込み予測を使用して第１時点における前記ノードに対する第２予測を発生し、更に、第１予測と第２予測との比較に応答して前記時間間隔を調整する過渡エンジンを更に設けた請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記過渡エンジンにより、前記第１予測と前記第２予測との間の差が閾値を越える場合に前記時間間隔を減少するようにした請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記過渡エンジンにより、前記第１予測と前記第２予測との間の差が閾値以下である場合に前記時間間隔を増加するようにした請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
１個又はそれ以上のコンピュータで動作することができ、コンポーネントの挙動を予測する方法において、
１個又はそれ以上の境界条件を受け取りかつ粗いメッシュによって規定される複数個の第１ノードで前記コンポーネントの挙動を表す複数個の第１値を発生する第１値発生ステップと、
前記粗いメッシュが複数個の第１共通ノードで第１微細メッシュに一致するものとし、第１微細メッシュによって規定される複数個の第２ノードで前記コンポーネントの挙動を表す複数個の第２値を発生する第２値発生ステップと、
前記第１共通ノードに対して第１値と第２値とを比較する比較ステップと、
前記第１値と第２値との比較に応じて第１細分域を規定し、この第１細分域を使用してコンポーネントの挙動を予測する第１細分域規定ステップと
よりなることを特徴とするコンポーネント挙動予測方法。
【請求項１１】
前記コンポーネントはこのコンポーネントの少なくとも一部分内で温度に影響を与える熱源を有するものとし、また前記第１値及び第２値は温度予測を表すものとした請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記コンポーネントはこのコンポーネントの少なくとも一部分内で流体速度に影響を与える速度源を有するものとし、また前記第１値及び第２値は速度予測を表すものとした請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
第１細分域の外側にある第１値が前記コンポーネントの挙動を第１細分域の外側の所要精度で予測し、
第１細分域の内側にある第２値が前記コンポーネントの挙動を第１細分域の内側の所要精度で予測する
ようにした請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
第１値及び第２値が対応するノードの温度予測を表すものとし、また
前記第１値及び第２値を発生する前記ステップは、部分的微分方程式の解を求めて温度予測を発生するステップを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記第１値及び第２値が対応するノードの速度予測を表すものとし、また
前記第１値及び第２値を発生する前記ステップは、部分的微分方程式の解を求めて流体速度予測を発生するステップを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記第１値と第２値とを比較する前記比較ステップは、第１共通ノードに対する前記第１値と第２値との差を閾値と比較するステップを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
複数個の第２共通ノードで第１微細メッシュが第２微細メッシュに一致するものとし、第２微細メッシュによって規定される複数個の第３ノードでコンポーネントの挙動を表す複数個の第３値を発生する第３値発生ステップと、
第２共通ノードに対して第２値と第３値とを比較する比較ステップと、また
第２値と第３値との比較に応じて第２細分域を規定する第２細分域規定ステップと
よりなる請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
第２細分域の外側にある第２値によりコンポーネントの挙動を第２細分域の外側の所要精度で予測し、
第２細分域の内側にある第３値によりコンポーネントの挙動を第２細分域の内側の所要精度で予測する
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
時間間隔を終了する第１時点で前記粗いメッシュのノードに対して第１予測を発生する第１予測発生ステップと、
前記時間間隔内の第２時点で前記ノードに対して割り込み予測を発生する割り込み予測発生ステップと、
前記割り込み予測を使用して前記第１時点での前記ノードに対する第２予測を発生する第２予測発生ステップと、
前記第１予測と前記第２予測とを比較するステップと、
前記第１予測と前記第２予測との比較に応じて前記時間間隔を調整するステップと
を更に設けた請求項１０記載の方法。
【請求項２０】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第１予測と前記第２予測との差が閾値を越える場合に前記時間間隔を減少するステップを含むものとした請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第１予測と前記第２予測との差が閾値以下にある場合に前記時間間隔を増大するステップを含むものとした請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
１個又はそれ以上のコンピュータで動作することができ、コンポーネントの熱的挙動を予測する方法において、
１個又はそれ以上の境界条件を受け取りかつ粗いメッシュによって規定される複数個の第１ノードで複数個の第１温度予測を発生する第１温度予測発生ステップと、
前記粗いメッシュが複数個の共通ノードで第１微細メッシュに一致するものとし、第１微細メッシュによって規定される複数個の第２ノードで複数個の第２温度予測を発生する第２温度予測発生ステップと、
前記共通ノードに対して第１温度予測と第２温度予測との間の複数個の差を発生するステップと、
前記差を第１閾値と比較してエラーノードを規定する比較ステップと
前記エラーノードを含む第１細分域を規定し、この第１細分域を使用してコンポーネントの熱的挙動を予測する第１細分域規定ステップと
よりなることを特徴とするコンポーネントの熱的挙動予測方法。
【請求項２３】
第１細分域内の共通ノードに対して第１温度予測を第２温度予測に置き換えるステップを設けた請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記第１温度予測及び前記第２温度予測を発生するステップは、それぞれコンポーネントの熱的挙動を規制する部分的微分方程式の解を求めるステップを含むものとした請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
時間間隔を終了する第１時点で前記粗いメッシュの前記ノードに対して第３温度予測を発生する第３温度予測発生ステップと、
前記時間間隔内の第２時点で前記ノードに対して割り込み温度予測を発生する割り込み温度予測ステップと、
前記割り込み温度予測を使用して前記第１時点での前記ノードに対して第４温度予測を発生する第４温度予測発生ステップと、
前記第３温度予測と第４温度予測とを比較するステップと、
前記第３温度予測と第４温度予測との比較に応じて前記時間間隔を調整するステップと、
前記調整した時間間隔を終了する第２時点で前記ノードに対して第５温度予測を発生する第５温度予測ステップと
を更に設けた請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第３温度予測と前記第４温度予測との差が第２閾値を越える場合に前記時間間隔を減少するステップを含むものとした請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第３温度予測と前記第４温度予測との差が第２閾値以下の場合に前記時間間隔を増大するステップを含むものとした請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
１個又はそれ以上のコンピュータで動作することができ、コンポーネントの流体力学的挙動を予測する方法において、
１個又はそれ以上の境界条件を受け取りかつ粗いメッシュによって規定される複数個の第１ノードで複数個の第１速度予測を発生する第１速度予測発生ステップと、
前記粗いメッシュが複数個の共通ノードで第１微細メッシュに一致するものとし、第１微細メッシュによって規定される複数個の第２ノードで複数個の第２速度予測を発生する第２速度予測発生ステップと、
前記共通ノードに対して第１速度予測と第２速度予測との間の複数個の差を発生するステップと、
前記差を第１閾値と比較してエラーノードを規定する比較ステップと
前記エラーノードを含む第１細分域を規定し、この第１細分域を使用してコンポーネントの流体力学的挙動を予測する第１細分域規定ステップと
よりなることを特徴とするコンポーネントの流体力学的挙動予測方法。
【請求項２９】
第１細分域内の共通ノードに対して第１速度予測を第２速度予測に置き換えるステップを設けた請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記第１速度予測及び前記第２速度予測を発生するステップは、それぞれコンポーネントの流体力学的挙動を規制する部分的微分方程式の解を求めるステップを含むものとした請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
時間間隔を終了する第１時点で前記粗いメッシュの前記ノードに対して第３速度予測を発生する第３速度予測発生ステップと、
前記時間間隔内の第２時点で前記ノードに対して割り込み速度予測を発生する割り込み速度予測ステップと、
前記割り込み速度予測を使用して前記第１時点での前記ノードに対して第４速度予測を発生する第４速度予測発生ステップと、
前記第３速度予測と第４速度予測とを比較するステップと、
前記第３速度予測と第４速度予測との比較に応じて前記時間間隔を調整するステップと、
前記調整した時間間隔を終了する第２時点で前記ノードに対して第５速度予測を発生する第５速度予測ステップと
を更に設けた請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第３速度予測と前記第４速度予測との差が第２閾値を越える場合に前記時間間隔を減少するステップを含むものとした請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記時間間隔を調整するステップは、前記第３速度予測と前記第４速度予測との差が第２閾値以下の場合に前記時間間隔を増大するステップを含むものとした請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、予測モデリングの分野、特に、コンポーネントの挙動を予測するシステム及び方法に関するものである。
発明の背景
エレクトロニクス、流体力学、及び他のシステムにおける多くの設計者（デザイナー）は、設計上を進める上でこれらシステムのコンポーネントの挙動を予測することを欲する。デザイナーにとって、コンポーネント自体及びこのコンポーネントが動作する環境を構成するのに使用されている材料に関連する条件に従うこのようなコンポーネントの挙動を予測することが望ましいことがよくある。例えば、集積回路のデザイナーは、特別な動作条件及び環境条件の下で電気的特性、信頼性、故障モード、及び設計上の実施可能性を確認するため、サブミクロン単位の外形的（ジオメトリック）な特徴を有するガリウムヒ素トランジスタの熱的挙動予測する。
エレクトロニクス、流体力学、及び他のシステムの設計は、複雑さを増し、様々なオーダーの範囲にわたる外形的及び一時的な特徴を有するコンポーネントを組み込むようになってきているため、デザイナーは種々の技術を駆使してこれらコンポーネントの挙動を予測する。コンポーネントの挙動を予測する既知の技術は、温度のような特性、微細な外形的及び一時的特徴を適切に解明するに充分な空間的及び時間的ポイントに関して部分的微分方程式の解を数値的に求めるために広範なコンピュータ資源を必要とする。このような技術に関連するコンピュータに課せられる膨大な責務を軽減するための努力が限定された範囲で行われてきたが、これらの努力は不十分であった。更に、これまでの努力は問題の対象の外形的（ジオメトリック）な複雑さをより効率的にアドレス化する試みがなされてきたが、このような努力では例えば、モノリシックなマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）又はパルスモード動作を有する他の集積化回路において多くのコンポーネントに発生する重大な過渡的挙動を考慮することができなかった。
更に、それ自体深刻な欠陥である一時的挙動の無視の他に、このような従来の技術は、非現実的なくらい限定された材料、動作条件、及び環境要因に限られ、考慮の対象である特性に何らかの形で変化をもたらす表面特徴及び属性を無視し、また特性の幅広い変動に関連することがよくある信頼性上のペナルティを認識することができなかった。例えば集積回路における温度に関する有害な作用は、特定の要求を満たすために外形的特徴がより密集し、動作周波数がより増加すればするほど悪化する。より高い動作温度は多くの集積回路の電気的特性及び信頼性に対して深刻な悪影響を与えるため、過渡的な熱応答性を正確にかつ効率よく予測することが有効な回路設計にとって重要である。現在の技術ではこのことを行うことができず、従って、急速に発展する遠隔通信及びエレクトロニクスの分野においてコンポーネントの挙動を予測するには不適切である。
発明の概要
本発明によれば、コンポーネントの挙動を予測するシステム及び方法に関連する欠点及び問題点を大幅に減少又は排除することができる。
本発明の一実施例によれば、粗いメッシュによって規定される第１ノードでコンポーネントに関連する境界条件に従ってコンポーネントの挙動を表す第１値を発生する定常エンジンを有する。定常エンジンは共通ノードで粗いメッシュに一致する第１微細メッシュによって規定される第２ノードでコンポーネントの挙動を表す第２値を発生する。定常エンジンは共通ノードに対して第１値と第２値との比較に応答して第１細分域を規定する。
特別な実施例においては、システムはコンポーネントの熱的挙動を予測する。定常エンジンは部分的微分方程式の解を求めて対応するノードにおける熱的予測を表す第１値及び第２値を発生する。他の特別な実施例においては、システムはコンポーネントの流体力学的挙動を予測する。定常エンジンは部分的微分方程式の解を求めて対応するノードにおける流体速度を表す第１値及び第２値を発生する。
更に、他の特別な実施例においては、システムは時間間隔を終了する第１時点で粗いメッシュの各ノードに対する第１予測及び第１時点で終了する複数個の細分間隔で粗いメッシュの各ノードに対する第２予測を発生する過渡エンジンを設ける。この過渡エンジンは第１時点で粗いメッシュのノードに対して発生する第１予測と第２予測とを比較し、比較によって時間間隔を調整する。
本発明の重要な技術的利点は、有限容積又は構造化グリッド手法を使用して様々なオーダーの大きさにわたる外形的及び一時的な特徴を有するコンポーネントにおける過渡的な温度、流体力学及び他の挙動を予測するシステム及び方法を提供することができる点である。本発明は、例えば、サブミクロンの外形的特徴及び急激な温度変化を有する高密度、高出力パルスモードＭＭＩＣコンポーネントの設計者（デザイナー）が電気的特性、信頼性、故障モード、及び設計可能性を予測ことができるようにし、これにより設計サイクルにおける比較的早い段階で潜在的な設計上の問題を探り出すことができるようになる。
本発明は、順次の空間的及び一時的細分化を使用してコンピュータに課せられる責務及び設計サイクル時間を減少する。この技術は、性能の精度及び信頼性評価を向上させ、よりよい設計を通して品質改善を確実にする。更に、本発明による有限容積又は構造化グリッドの手法により、コンポーネントの挙動に関連する特性が空間及び／又は時間に関する既知の部分的微分方程式に基づいてふるまう環境又はシステム内で仮想的に動作するコンポーネントの挙動を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明を完全に理解するため、また本発明の特徴及び利点を説明するため、添付図面につき説明する。
図１は、本発明の教示によるコンポーネント挙動予測システムの実施例の説明図、
図２ａ〜２ｃは、時間的期間内の種々の時点における粗いメッシュ、第１微細メッシュ、第２微細メッシュを説明する説明図、
図３は、コンポーネントの分域（ドメイン）にわたる粗いメッシュ及び第１微細メッシュの説明図、
図４は、コンポーネントの第１細分域（サブドメイン）にわたる第１微細メッシュ及び第２微細メッシュの説明図、
図５は、コンポーネントの第２細分域にわたる第２微細メッシュ及び第３微細メッシュの説明図、
図６は、コンポーネントの第３細分域にわたる第３微細メッシュ及び第４微細メッシュの説明図、
図７は、本発明によるコンポーネント挙動予測方法の実施例の説明図、
図８は、定常ステンシルを発生する方法の実施例の説明図、
図９は、時間的期間内の時間間隔及び細分時間間隔の説明図、
図１０は、コンポーネントの過渡挙動予測を発生する方法の実施例の説明図である。
発明の詳細な説明
図１はコンポーネントの挙動を予測するシステム２を示す。このコンポーネントはいかなる装置、構造、機構、材料、組成物、化合物、又はその他の物質の集合体であってもよく、物質の一層大きな集合体内のいかなる点、区域、又は容積であってもよく、固体、液体、又は気体であってもよく、又はこれ等の結合であってもよい。システム２は、１個、又はそれ以上の楕円の、放物線の、双曲線の、又は「スチフ」の偏微分方程式に関連し、又はこれ等の偏微分方程式に従って変化する熱的、電気的、流体力学的、熱力学的、又は任意その他の物理的挙動を予測する。
例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）、又はサブミクロンの幾何学的形状を有し、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素、又はその他の半導体材料を使用して構成されるその他の集積回路の若干、又は全部を有するコンポーネントの過渡的な熱による挙動をシステム２は予測することができる。代案として、管、血管、空気ダクト、又はその他の流体動的システムを通じて流れる流体の挙動をシステム２は予測することができる。任意に選択されたコンポーネント、及び特性について、システム２は１個、又はそれ以上の境界条件を受ける温度のような特性に関し、コンポーネントの挙動を予測する。本発明は基本的に熱による挙動を予測することにつき説明し、特にＭＭＩＣコンポーネントの熱による挙動につき説明するが、この説明はその他の適切なコンポーネント、及び特性にも同様に適用することができる。
境界条件６としては例えば、これに限定されないが、熱伝動性、比熱のようなコンポーネントの熱特性、熱源、放熱子、表面形状、内部、及びコンポーネントの挙動に影響を及ぼすその他の特性のような空隙の大きさ、位置、及び時間による挙動のようなコンポーネントの幾何学的特性、熱絶縁、温度、及び圧力の状態、及びその他の条件のようなコンポーネントの周囲の環境の特性、密度、化学式、導電性、原子番号、又はその他の常数のようなコンポーネントに関連する１個、又はそれ以上の定義された常数、又はその他の特性、開始時間、終了時間、準定常状態の要請、又はその他の考慮される事項のようなシステム２の作動に作用する時間的考慮事項、特定された、又は変化する精度のパラメータ、誤差限界値、又はその他の基準、及びシステム２を使用するコンポーネントの挙動を予測するのに適する任意その他の境界条件が含まれる。
境界条件６はコンポーネントの挙動を予測する時間の内の若干の時間、又は全ての時間にわたり、可変、又は一定であることができ、また境界条件６は温度、圧力、速度、加速度、充電、その他の因子に対し直線的、又は非直線的関係にあることができ、又は境界条件６はその他の限定された、又は測定できる特性を有していてもよい。境界条件６はコンポーネント全体、又はその周辺に適用するように総体的であってもよく、コンポーネント内の１個、又はそれ以上の細分域、又はこれ等の細分域の周辺に適用するように局部的であってもよい。一実施例では、特定の細分域のための局部的境界条件６はこの細分域を定めている点、又は領域について計算された以前の値に従って特定される。例えば、微細な分析が望ましくない熱源を含む細分域のように、コンポーネントの１個、又はそれ以上の領域に関し、一層の微細化を無視し、又は避けるように、システム２に指令するための関連ある限定を境界条件６が有していてもよい。一実施例では、境界条件６を正確に決定するのが困難であるが、システム２がコンポーネントの挙動を予測する精度に境界条件は顕著な効果を有する。
総合的に言えば、境界条件６に応動して、コンポーネントの挙動を規制し、又は予想する境界条件、及び関連する式はコンポーネントの数字上の問題、又はモデルを明瞭にする。例えば、境界条件６、及び関連する伝熱の式はＭＭＩＣ装置の熱モデルを明かにする。デザイナ４はシステム２によって処理すべき種々の問題、又はモデルについての境界条件６、及び関連する数値関係を発生することができる。
システム２はデザイナ４から１個、又はそれ以上の境界条件６を受け取り、境界条件をデータベース１２に記憶する。システム２は伝熱の式を解くため、プログラムコードのような関連する数値関係を受け取ってもよく、又はこれ等の関係を内部に記憶してもよい。デザイナ４は独立していてもよく、システム２に関連する１人、又はそれ以上の人によって操作されてもよい。デザイナ４は主フレーム、小フレーム、又はシステム２と情報を通信するパーソナルコンピュータのようなハードウェア、及び／又はソフトウェアの任意の論理的実体であってもよい。インタフェース８、及び任意適切なワイヤライン、又はワイヤレスリンク１０を使用して、デザイナ４は別個に、又は共に、境界条件６をシステム２に通信してもよい。システム２から離れた、又は遠方の単一位置、又は多数位置に、１個、又はそれ以上のデータベース、ファイル、又はその他のデータ記憶装置を有していてもよい。
境界条件にアクセスするため、定常エンジン１４をデータベース１２に結合し、相互に作用させる。１個、又はそれ以上の境界条件６を使用して、定常エンジン１４は定常ステンシル１６を発生する。この定常ステンシル１６は、特定の時間にわたり、顕著に変化するコンポーネントの過渡的熱挙動を予測するための幾何学的基礎、フレームワーク、即ち構造として役立つ。一実施例では、定常ステンシル１６を使用するコンポーネントの熱挙動を予測するため、時間と、空間との両方において、動的に適合する微細化技術をシステム２は使用する。定常エンジン１４はシステム２から離れた、又はシステム２から遠方の１個、又はそれ以上の位置にある１個、又はそれ以上のデータベース、ファイル、又はその他のデータ記憶装置に定常ステンシル１６を記憶する。定常エンジン１４は境界条件６、及びシステム２の作動中に発生する境界条件の変更に応じて、単一の、又は多数の定常ステンシル１６を発生する。定常エンジン１４が定常ステンシル１６を発生する方法は図８を参照して、以下に一層完全に説明する。
過渡エンジン１８は、関連する時間にわたるコンポーネントの過渡的な熱挙動に関する予測２０を発生するため、定常ステンシル１６を受け取り、又はそうでなければ定常ステンシル１６にアクセスする。過渡エンジン１８は、システム２から離れた、又はシステム２から遠方の１個、又はそれ以上の位置にある１個、又はそれ以上のデータベース、ファイル、又はその他のデータ記憶装置に予測２０を記憶する。過渡エンジン１８は、デザイナ４、又はその他の人、又は装置に予測２０、及びその他の情報を要約し、運び、そうでなければ提供する報告を発生する。過渡エンジン１８が予測を発生する方法を図１０を参照して以下に一層完全に説明する。
システム２は、境界条件６を支持するハードウェア、及びソフトウェに一体、又は別個の１個所、又はそれ以上の個所の１個、又はそれ以上のコンピュータ４０に作用する。コンピュータ４０はキーパッド、タッチスクリーン、マイクロホン、又は情報を受けることができるその他の装置のような入力装置４２を有する。システム２の作動に関連する情報であって、デジタルデータ、又はアナログデータ、可視情報、又は音声情報を含む情報を出力装置４４が運ぶ。システム２からの出力を受け、システム２への入力を提供するための磁気コンピュータディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又はその他の適切なメディアのような固定、又は可動の記憶メディアを入力装置４２、及び出力装置４４の両方が有する。システム２内の定常エンジン１４、及び過渡エンジン１８の作動に関連する命令、又は操作情報を実行するため、コンピュータ４０は１個、又はそれ以上の処理装置４６、及び関連する揮発性記憶装置、又は非揮発性記憶装置を有する。例えば、コンピュータ４０は、境界条件６を使用して予測を発生するため、伝熱式、及び数値積分法のような命令を記憶し、実行する。
本発明の技術によれば、例えば、有限容積、又は構造化グリッド法を使用して、コンポーネントを表現する。空間内の一連の順次の微細メッシュは、既知の物理式、又は数値式、関係、又は技術に従って、相互に作用するコンポーネント内の多数の区域、又は容積を明確にする。例えば、温度の予測には既知の伝熱式を使用し、流体力学の予測には既知の流体の動的関係を使用し、他の特性に対応する予測にはこれ等の特性に関連する既知の式を使用する。本発明は問題を組立て、構成し、時間に関して、繰り返し、適切な式を解き、空間、及び時間の両方について、特性、例えば温度に関し、コンポーネントの挙動を予測する。
多くのコンポーネントは多数の次数の量にわたる幾何学的、及び時間的特徴を提供するから、これ等の空間的、及び時間的特徴の最も小さい過渡的挙動を十分に捕捉するに足るだけの十分に微細な分解能で、問題が解かれる精度が要求される。例えば、回路の大部分にわたり、温度特性が徐々に、行儀よく留まっている間でも、ＭＭＩＣ装置は脈動的な作動に起因し、狭い区域でも殆ど瞬間的な温度変動を体験する。その結果、既知の技術を使用してのコンポーネントの挙動の予測は、このような技術の効果を制限してしまう程、恐ろしい程の計算上の負担を強いることになる。空間、及び時間についての順次の微細化技術を使用して、システム２は多くの計算上の負担を無くしてしまう。本発明のように行わないと、最大の関心事である区域と、時間とについて特定の精度で、コンポーネントの挙動を予測するため、この負担は必要になる。本発明はコンポーネントの過渡的な挙動の予測２０を発生するため、精度と、計算上の要求との競合する因子を動的に、適応するようにバランスさせながら、空間、及び時間における問題を解決する。
図２ａ〜図２ｃは、特定の時間間隔内の種々の時間における粗いメッシュ５８、第１微細メッシュ６０、及び第２微細メッシュ９０を示す。粗いメッシュ５８、第１微細メッシュ６０、及び第２微細メッシュ９０は、供給源５４を含む二次元、又は三次元のコンポーネントの区域に、それぞれわたっている。この供給源５４はコンポーネントの少なくとも一部の中の特性、例えば温度に関して、コンポーネントの挙動に影響を及ぼすいかなる特徴、又はその他の条件であってもよい。例えば、供給源５４はＭＭＩＣの熱挙動に二次元、又は三次元で影響を及ぼすようなゲートの下にある区域、又は任意その他の熱源であってもよい。また、供給源５４は熱的に負の強さを有する放熱子、又はその他の機能体であってもよい。システム２はこれ等、及びその他の順次の微細メッシュを使用して、定常ステンシルを発生し、システム２はこの定常ステンシルを使用し、発生源５４を包囲する構成部材内の順次の一層小さい区域、又は容積にわたってコンポーネントの挙動を予測する。一実施例では、メッシュの密度を順次、微細化することにより、空間の微細化の程度に応じて、正確度を順次高める予測をシステム２に発生させる。
一実施例では、前のメッシュを使用して発生させた予測では特定の精度、又は誤差限界を達成できなかったコンポーネント内の領域に対してのみ、システム２は任意特定のメッシュの空間の微細化を行う。コンポーネントの残りの部分の予測は更に空間の微細化を行わなくとも受け入れられると考えられる。このようにして、劇的に計算上の負担を減らしながら、希望する精度内で予測を発生するため、順次の空間の微細化が望ましい領域を限定しているコンポーネントの全体の区域、又は容積にわたり入れ子にしたメッシュの二次元、又は三次元のパッチワークである定常ステンシル１６をシステム２は発生する。
図２ａ〜図２ｃに示すように、特定の時間にわたり、コンポーネントの過渡的な挙動の正確な予測を発生する際の高い計算効率を得るため、システム２は時間と、空間との両方において、予測を順次微細化する。例えば、粗いメッシュ５８について、システム２は、１秒のオーダの間隔で、特定の時間内に、コンポーネントの挙動を予測する。第１微細メッシュ６０、及び第２微細メッシュ９０について、システム２は、それぞれ１秒の百分の１、及び１秒の１万分の１のオーダの間隔で、選択された時間内に、コンポーネントの挙動を予測する。システム２が空間、及び時間内での解答を順次、微細化する程度と、方法とは環境によって変化するが、システム２は一層少ない計算手段を使用して、希望する精度で、コンポーネントの過渡的な挙動を予測する。一実施例では、各順次のメッシュについての時間間隔は、できる限り特定の最初の時間間隔に基づいて、動的に、適合するように決定される。これは、システム２は関連する全体の時間の範囲にわたり、コンポーネントの挙動を予測するため時間と共に進行するからである。
例えば、図２ａの点Ａ、点Ｂ、点Ｃはコンポーネント内の任意の点を示す。システム２は点Ａ、点Ｂ、点Ｃにおける温度勾配の大きさのような物理的挙動に、計算精度をマッチさせる。一実施例では、点Ａは点Ｂに比較し、供給源５４から一層遠いから、点Ａ付近の温度勾配は点Ｂ付近の温度勾配より小さい。システム２は点Ａの付近の過渡的な温度勾配を予測するため、点Ｂにおけるよりも低い空間的、時間的微細化を行う。同様に、点Ｂは点Ｃより供給源５４から遠いので、点Ｂ付近の温度勾配は点Ｃ付近の温度勾配より小さい。システム２は点Ｂでのコンポーネントの過渡的な熱挙動を十分に分析するため、点Ｃにおけるよりも低い空間的、時間的微細化を行う。このようにして、システム２は計算上の負担を最小にしながら、コンポーネントの挙動を特定の精度まで予測する。
図３は供給源５２、５４、５６を含むコンポーネントの選択された分域５０にわたる粗いメッシュ５８、及び第１微細メッシュ６０を示す。分域５０には、境界条件６を特定化する二次元、又は三次元での、コンポーネント全体、又はコンポーネントの選択された区域、容積、又はその他の部分を含む。本発明は適切な三次元で、適応するメッシュの微細化を行い、二次元、又は三次元の顕著な熱勾配、又はその他の勾配を有するコンポーネントの挙動を予測する。供給源５２、５４、５６は熱源、放熱子、又はコンポーネントの温度挙動に影響を及ぼすその他の特徴物であってもよく、流体源、流体吸込み系、又はコンポーネントの流体の動的挙動に影響を及ぼすその他の特徴物であってもよく、又はコンポーネントの少なくとも一部の挙動に影響を及ぼす任意その他の特徴物であってもよい。コンポーネントがモノリシックマイクロ波集積回路、又はその他の集積回路である場合には、それぞれ供給源５２、５４、５６はコンポーネントの特定のチャネル内の特定のゲートに関連するサブミクロンの熱発生領域を表す熱源とすることができる。供給源５２、５４、５６を論じているが、分域５０には境界条件６、及び分域５０の選択に応じて、一層多くの、又は一層少ない供給源を有していてもよい。
実線で示す粗いメッシュ５８は分域５０内に、二次元、又は三次元の多数の区域、容積、又はその他の領域を画成している。これ等の領域は方形、立方形として示されているが、粗いメッシュ５８は任意の形状の、及び任意の対称、又は非対称のパターンの領域を画成していてもよい。一実施例では、計算効率を高めるため、それぞれ同一の面積、又は容積を有し、同一の領域にそれぞれ隣接している方形、又は立方形の区域を粗いメッシュ５８は画成している。粗いメッシュ５８を形成している線、又は平面は図３に「Ｘ」でそれぞれ示すノードで交差している。調整方程式、及び境界条件６を使用して、システム２は二次元、又は三次元で、粗いメッシュ５８の各ノードを包囲している細分域にわたり、例えば温度のようなコンポーネントの挙動の特性に関する値を積分し、即ち決定し、特定のノードでのコンポーネントの挙動の予測を行う。ノードにおける予測された温度は、ノードに関連し、このノードを密接包囲する区域に関し計算された温度の値を表す。粗いメッシュ５８の各ノードについての予測は時間の関数として変化する。全てのノードにおける温度の予測はコンポーネントの熱挙動を表すため、区域のプロファイル、又はパッチワーク、及び関連する数値を提供する。
例えば、粗いメッシュ５８を使用する二次元の分域５０について、システム２は、計算にあたり、できる限りノード６６、６８、７０、７２についての予測された値を使用して、ノード６６、６８、７０、７２によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って、１個、又はそれ以上の偏微分方程式を積分し、ノード６４について温度予測を行い、次に、計算にあたり、できる限りノード７６、７８、８０、８２についての予測された値を使用して、ノード７６、７８、８０、８２によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード７４について温度予測を行い、次に、計算にあたり、できる限りノード６４、８４、８６、８８についての予測された値を使用して、ノード６４、８４、８６、８８によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード７２について温度予測を発生する。本発明は粗いメッシュ５８の各ノードについての特性に関し、数値関係、及び境界条件６に従って、予測を発生するよう、任意適切な技術を考慮する。
粗いメッシュ５８と同様に、破線で示した第１微細メッシュ６０は分域５０内に、二次元、又は三次元の多数の区域、容積、又はその他の領域を画成している。一実施例では、第１微細メッシュ６０は粗いメッシュ５８によって画成された領域と同一の形状を有する領域を画成しているが、その面積は１／４、又はその体積は１／１６である。即ち、粗いメッシュ５８を形成している交差線、又は交差平面は、第１微細メッシュ６０を形成している交差線、又は交差平面の２倍だけ離間している。本発明では、境界条件６、分域５０、システム２の希望する精度、利用できる計算手段、及びその他の因子に応じて、粗いメッシュ５８と第１微細メッシュ６０との間の任意他の適切な関係を考慮する。一実施例では、図３に示すように、第１微細メッシュ６０を形成している交互の線、又は平面が分域５０上で粗いメッシュ５８を形成している線、又は平面に重複、又は一致している。その結果、粗いメッシュ５８の各ノードは第１微細メッシュ６０に対し共通なノードである。図３に、各共通のノードを「Ｘ」で示した。
粗いメッシュ５８に関連して上に説明したのと同様に、システム２は通常の技術、及び境界条件６を使用し、二次元、又は三次元に、第１微細メッシュ６０の各ノードを包囲している細分域にわたり、例えば温度のようなコンポーネントの挙動の特性の値を積分し、そうでなければ決定し、特定のノードについてのコンポーネントの挙動の予測を発生する。粗いメッシュ５８の場合と同様に、第１微細メッシュ６０の各ノードに関連する予測は時間の関数として変化する。
例えば、第１微細メッシュ６０を使用する二次元の範囲に関しては、システム２は、計算にあたり、できる限りノード９２、９４、９６、９８についての予測された値を使用して、ノード９２、９４、９６、９８によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って、１個、又はそれ以上の偏微分方程式を積分し、ノード６４について温度予測を発行し、次に、計算にあたり、できる限りノード７６、６８、６４、７４についての予測された値を使用して、ノード７６、６８、６４、７４によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード９４について温度予測を発行し、次に、計算にあたり、できる限りノード６４、７４、８０、７２についての予測された値を使用して、ノード６４、７４、８０、７２によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード９８について温度予測を発行する。本発明は第１微細メッシュ６０の各ノードについての特性に関し、数値関係、及び境界条件６に従って、予測を発生するため、任意適切な技術を考慮する。
ノード６４のように、「Ｘ」として示される粗いメッシュ５８、及び第１微細メッシュ６０の各共通ノードについては、第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測は粗いメッシュ５８を使用して発生した予測より一層正確である。システム２は各共通のノードについて、粗いメッシュ５８を使用して発生した予測と、第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測との間の差を計算する。この差は順次の予測値の間の算術差、又は順次の予測値の間の差の任意その他の適切な計量値、即ち測定値であってもよい。予測値の間の差が大きくなる程、微細化の必要性は大きくなる。一実施例では、一層大きな差は、熱源に近くて、大きな温度勾配が存在していることに対応している。例えば、ノード６４についての差がノード６８、７６、７４におけるより大きいのは、ノード６４よりもノード６８、７６、７４が熱源５４より遠いからであり、ノード６８、７６、７４についての差がノード６４におけるより大きいのは、ノード６８、７６、７４よりもノード６４が熱源５４より遠いからである。
システム２は粗いメッシュ５８と、第１微細メッシュ６０とを使用して発生した予測の間の差を使用し、もし必要であれば、分域５０内に細分域を設置し、コンポーネントの挙動を正確に予測するため、一層空間の微細化を行うことが望ましい。特定の共通ノード、例えばノード６６についての差が所定の限界値以下である場合には、システム２は粗いメッシュ５８を使用して発生した予測は十分であると見なし、予測を発生するために使用した関連する細分域の少なくとも一部に関しては、更に空間的微細化は行わない。特定の共通のノード、例えばノード６４における差が限界値を越えている場合には、システム２は図３に影の区域で示した関連する細分域４８にわたり第２微細メッシュを発生する。一実施例では、システム２は、限界値を越える差を有する全ての共通ノードを有し、例えば、長方形、又は長方形容積によって画成された区域として、細分域４８を画成する。
予測値の間の差を比較する限界値はデザイナ４、システム２、又は任意その他の適切な方法で特定することができる。特定された限界値の大きさは希望する精度を決定し、従って、必要な空間的、時間的な微細化の量を決定する。これは、予測値の間の比較的大きな差でも、高い、即ち大きな限界値は満足してしまうからである。一実施例では、システム２は空間、又は時間の任意のレベルから作動を開始し、一層高い精度の解答を達成する。従って、デザイナ４は高い限界値で開始し、原型デザイン、又は可能性の研究を迅速に開発し、次に最終的なデザイン、及び性能テストのため、限界値を下げ、精度の要求を厳しくする。
図４はコンポーネントの細分域４８にわたり、第１微細メッシュ６０を実線で示し、第２微細メッシュ９０を破線で示す。細分域４８は供給源５４を含んでおり、上述したように共通ノード６６、６８、７０、７２によって画成されている。細分域４８は供給源５４を含んでいるが、次の説明は供給源５２、５６を含んでいる細分域にも同様に、この説明を適用することができる。第２微細メッシュ９０は細分域４８内に二次元、又は三次元で、多数の区域、容積、又はその他の領域を画成している。一実施例では、第２微細メッシュ９０は第１微細メッシュ６０によって画成された領域と同一の形状を有する領域を画成しているが、その面積は１／４、又はその体積は１／１６である。即ち、第１微細メッシュ６０を形成している実線の交差線、又は交差平面は、第２微細メッシュ９０を形成している破線の交差線、又は交差平面の２倍だけ離間している。本発明では、境界条件６、細分域４８、システム２の希望する精度、利用できる計算手段、及びその他の適切な因子に従って、第１微細メッシュ６０と第２微細メッシュ９０との間の任意他の適切な関係を考慮する。
図４に示す一実施例では、第２微細メッシュ６０を形成している交互の線、又は平面が全体の細分域４８上で第１微細メッシュ６０を形成している線、又は平面に重複、又は一致している。その結果、図４で、各共通のノードを「Ｘ」で示したように、第１微細メッシュ６０の各ノードは第２微細メッシュ９０に対し共通なノードである。粗いメッシュ５８、及び第１微細メッシュ６０に関連して上に説明したように、システム２は数値関係、及び境界条件６を使用し、二次元、又は三次元に、第２微細メッシュ９０の各ノードを包囲している細分域にわたり、例えば温度のようなコンポーネントの挙動の特性の値を積分し、そうでなければ決定し、特定のノードにおけるコンポーネントの挙動の予測を行う。第２微細メッシュ９０の各ノードに関連する予測は時間にわたり変化する。
細分域４８内の第２微細メッシュのノードに関する予測を行うために使用する局部境界条件６は、細分域４８の周辺にある粗いメッシュ５８、又は第１微細メッシュ６０のノードについて発生した予測に従って、二次元、又は三次元で細分域４８について確定される。細分域４８についての局部境界条件６は、範囲５０にわたる粗いメッシュ５８、及び第１微細メッシュ６０について予測を発生するため使用される若干の総体的な境界条件６を含んでいてもよい。例えば、細分域４８の境界を画成しているノード６６、７６、６８、７４のような共通ノードに関し粗いメッシュ４８を使用して発生した値は細分域４８内の領域の計算のための局部境界条件である。コンポーネントを構成する材料の固有の熱的特性、又はその他の特性に関する総体的な境界条件６は変化しないままに留まる。一実施例では、次の細分域、及び次の微細メッシュのための予測を発生させる局部境界条件６を使用することは、次の微細メッシュのための予測の精度に貢献し、計算上の負担の軽減に貢献する。
例えば、第２微細メッシュ９０を使用する二次元の細分域４８について、システム２は、計算にあたり、できるかぎりノード１００、１０１、１０４、１０６についての予測された値を使用して、ノード１００、１０１、１０４、１０６によって画成された細分域にわたり、境界条件に従って、１個、又はそれ以上の偏微分方程式を積分し、ノード１０２について温度予測を発生し、次に、計算にあたり、できる限りノード１１０、１０２、６４、１０８についての予測された値を使用して、ノード１１０、１０２、６４、１０８によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード１０４について温度予測を発生し、次に、計算にあたり、できる限りノード１０２、１１２、１０８、７４についての予測された値を使用して、ノード１０２、１１２、１０８、７４によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分を行い、ノード１０６について温度予測を発生する。本発明は第２微細メッシュ９０の各ノードについての特性に関し、数値関係、及び境界条件６に従って、予測を発生するよう、任意適切な技術を考慮する。
一実施例では、粗いメッシュ５８、及び第１微細メッシュ６０に関連して上に述べたように、「Ｘ」として示された第１微細メッシュ６０、及び第２微細メッシュ９０の各共通ノードについては、第２微細メッシュ９０を使用して発生した予測は第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測より一層正確である。システム２は各共通のノードについて、第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測と、第２微細メッシュ９０を使用して発生した予測との間の差を計算する。限界値より大きな予測値間の差は一層微細化を必要としていることを示しているから、システム２はこの差を使用し、もし必要があれば、細分域内に更に細分域を設置し、空間内で一層微細化することが望ましい。
共通ノード、例えばノード６４についての予測の差が所定の限界値内であれば、システム２は第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測が十分であると見なし、この予測を発生するのに使用した細分域の少なくとも一部については更に空間的微細化を行はない。共通ノード、例えばノード１０２についての予測の差がこの限界値を越えていれば、システム２は関連する細分域１３０にわたり第３微細メッシュを発生する。細分域４８と同様に、細分域１３０は、限界値を越える差を有する全ての共通ノードを含んでいる長方形、又は長方形の容積によって画成される。このようにして、システム２は増大する空間粒度の領域を構成している細分域を入れ子にする。
図５はコンポーネントの細分域１３０にわたり、実線で第２微細メッシュ９０を示し、破線で第３微細メッシュ１１８を示す。細分域１３０は共通ノード７６、６８、６４、７４によって限定されていて、供給源５４を含んでいる。細分域１３０は供給源５４を含んでいるが、供給源５２、５６を含む細分域にも、次の説明を同じように適用することができる。第３微細メッシュ１１８は細分域１３０内に、二次元、又は三次元に多数の区域、容積、又はその他の領域を構成している。一実施例では、第３微細メッシュ１１８は第２微細メッシュ９０によって構成された領域と同一の形状を有するが、１／４の面積、又は１／１６の容積を有する。即ち、第２微細メッシュ９０を形成する実線の交差線、又は交差平面は第３微細メッシュ１１８を形成する破線の交差線、又は交差平面の２倍離間している。本発明は境界条件６、細分域１３０、システム２の希望する精度、利用できる計算手段、及びその他の因子に応じて、第２微細メッシュ９０と第３微細メッシュ１１８との間の任意その他の関係を考慮する。
一実施例では、図５に示すように、第３微細メッシュ１１８を形成する交互の線、又は平面は第２微細メッシュ９０を形成する線、又は平面に重複し、即ち一致している。その結果、図５に「Ｘ」によって示すように、第２微細メッシュ９０の各ノードは第３微細メッシュ１１８に対して共通ノードである。第１微細メッシュ６０と第２微細メッシュ９０とに関連して上に述べたように、システム２は、特定のノードについてのコンポーネントの挙動の予測を発生するため、二次元、又は三次元で、第３微細メッシュ１１８の各ノードを包囲する細分域にわたり、例えば温度のようなコンポーネントの挙動の特性に関する値を積分し、決定するため数値関係、及び境界条件６を使用する。第３微細メッシュ１１８の各ノードについての予測は時間の関数として変化する。
第２微細メッシュ９０について上に述べたのと同様に、細分域１３０内の第３微細メッシュのノードについての予測を発生するため使用された境界条件６は、細分域１３０の周辺にある第１微細メッシュ６０、又は第２微細メッシュ９０のノードについて発生した予測に従い、二次元、又は三次元で、細分域１３０に関し、局部境界条件６として決定される。また、境界条件６は、範囲５０、又は細分域４８に対して明確にした総体的境界条件でもある。
例えば、第３微細メッシュ１１８を使用する二次元の細分域１３０については、システム２は、計算にあたり、できる限りノード１２６、１０２、１０４、１２８についての予測された値を使用して、ノード１２６、１０２、１０４、１２８によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って、１個、又はそれ以上の偏微分方程式を積分し、ノード１２４についての温度予測を発生し、次に、計算にあたり、できる限りノード１１０、１２６、１１１、１０４についての予測された値を使用して、ノード１１０、１２６、１１１、１０４によって画成された細分域にわたり、境界条件６に従って積分し、ノード１２５についての温度予測を発生する。第３微細メッシュ１１８の各ノードについて数値関係、及び境界条件６に従って、予測を発生するため、他の適切な技術を使用してもよい。
上述したように、システム２は、「Ｘ」のように示した各共通ノードについて、第２微細メッシュ９０を使用して発生した予測と、第３微細メッシュ１１８を使用して発生した予測との間の差を計算し、更に空間的微細化が望ましい細分域があれば、細分域１３０内に、更に細分域を設置する。所定の限界値に対するこの差の比較により、細分域１３０内の１個、又はそれ以上の細分域１３２にわたり、更に空間的に微細化が望ましいことが示されれば、システム２は、増大する空間的粒度に従って、再び、入れ子にするため、細分域１３２にわたり、第４微細メッシュを発生する。細分域４８、１３０と同様、細分域１３２は、限界値を越える差を有する全ての共通ノードを含む長方形、又は長方形の容積によって画成されている。
図６はコンポーネントの細分域１３２にわたり、実線で第３微細メッシュ１１８を示し、破線で第４微細メッシュ１２２を示す。細分域１３２は共通ノード１１０、１０２、６４、１０８によって限定されていて、供給源５４を含んでいる。図３〜図６に示すように、システム２は、上述したように、範囲５０の選択された部分を空間的に微細化し、計算手段の経費を最少にしながら、希望する精度で、特性に関し、コンポーネントの挙動を予測する。
図７はコンポーネントの過渡的な挙動を予測する方法を示す。この方法は、工程２００で始まり、この工程で、システム２はリンク１０、及びインタフェース８を使用して、デザイナ４から境界条件６を受け取る。工程２０２では、システム２はデータベース１２に、境界条件６を記憶する。また、システム２は工程２０２、及び２０４で、コンポーネントの熱的、又はその他の挙動を規制する数値関係、例えば適切な偏微分方程式を受け取り、記憶する。工程２０４で、定常エンジン１４は境界条件６にアクセスし、工程２０６で、この規制方程式を解き、境界条件６に従って、定常ステンシル１６を発生する。過渡エンジン１８は工程２０８で、定常ステンシル１６、境界条件６、及びその他の情報を受け取り、工程２１０で、この規制方程式を解き、特性に関するコンポーネントの過渡的な挙動の予測２０を希望する精度で発生する。工程２１２で、システム２は予測２０を通信し、運び、又はデザイナ４、又はシステム２に関連するその他の人、又は装置に、この予測を提供し、この方法を終了する。
図８は定常ステンシル１６を発生する方法を示す。この方法は、工程３００で開始し、この工程で、定常エンジン１４は境界条件６を受け取る。工程３０２で、定常エンジン１４は、例えば関連する伝熱方程式を解き、粗いメッシュ５８の各ノードについての温度予測を発生する。同様に、工程３０４で、定常エンジン１４は、第１微細メッシュ６０の各ノードについての特性に関する予測を発生する。工程３０６で、定常エンジン１４は、各共通ノードについて、粗いメッシュ５８を使用して発生した予測と、第１微細メッシュ６０を使用して発生した予測との間の差を計算する。
工程３０８で、定常エンジン１４は、各共通ノードについての予測の差を所定の限界値に比較する。工程３１０で、任意の共通ノードについての差が限界値を越えていれば、この予測を一層微細化することが必要であることを示しており、定常エンジン１４はこの共通ノードをエラーノードとして確認する。次に、工程３１２で、定常エンジン１４は、関連するエラーノードを包囲する第２微細メッシュ９０を発生する。これ等エラーノードは、全てのエラーノードを含んでいて、境界条件６に述べる関連定義の結果として、更なる考慮から除外されない全てのエラーノード、又はその他適当なエラーノードを含む。特殊な実施例では、第２微細メッシュ９０は全てのエラーノードを含む長方形、又は長方形の容積によって画成されており、その境界と、関連するエラーノードとの間のバッファを組み込むため寸法を増大している。
工程３１３で、定常エンジン１４は、局部境界条件として細分域４８の周辺にある粗いメッシュ５８のノード、又は第１微細メッシュ６０のノードについて発生した予測を受け取る。細分域４８内にある熱源５４の空間的、及び時間的特性のような総体的な境界条件６と共に、予め計算された値により、定常エンジン１４をして、計算を細分域４８に局限させ、分解能を増大し、計算上の負担を最少にする。工程３１４では、第１微細メッシュ６０と、工程３０４とに関連して、上述したように、定常エンジン１４は、第２微細メッシュ９０の各ノードについての予測を発生する。
次に、この方法は工程３０６に戻り、この工程３０６で、定常エンジン１４は、各共通ノードについての第１微細メッシュ６０と、第２微細メッシュ９０との間の差を計算する。工程３１０における共通ノードについてのいずれの差も所定の基準値を越えることが無くなるまで、コンポーネント内の対応する順次の一層小さい領域にわたり、各順次の微細メッシュについて、この方法は工程３０６から工程３１６までを繰り返す。特殊な実施例では、定常エンジン１４は順次のメッシュを入れ子にする。この順次のメッシュはコンポーネント、又は高い温度の変動を体験しているコンポーネントの区域内の供給源５２、５４、５６の周りの一層高い空間的粒度の順次のメッシュである。順次のメッシュ、及び関連する細分域は共通の境界を分け合う必要がない。工程３１０で、エラーノードが無いこと、又はエラーノードの数が最少であることが確認された時は、工程３１６で、定常エンジン１４は定常ステンシル１６としてメッシュの明細を記憶する。このメッシュの明細には、二次元、又は三次元のメッシュの幾何学的仕様、及びメッシュ素子の寸法、及び特性が含まれる。
図９は過渡エンジン１８による予測の時間３５０内における種々の時間間隔３５６、及び細分時間間隔３５８を示す。時間３５０は開始時間３５２で始まり、終了時間３５４で終了する。過渡エンジン１８は、時間３５０にわたる特性、例えば温度に関するコンポーネントの過渡的な挙動を予測する。図９に示すように、時間間隔グループ３７０は最も短い時間間隔３５６と、細分時間間隔３５８とを含むと共に、時間間隔グループ３７４は最も長い時間間隔３５６と、細分時間間隔３５８とを含む。各時間間隔３５６の間に、過渡エンジン１８は精度と、計算上の経費との競合する考えをバランスさせ、時間の微細化を増大するか、減少させるかの望ましさを決定する。この決定に従って、特定の時間間隔３５６の長さが特定される。上述したように、メッシュ３６０は粗いメッシュ５８であってもよく、又はいずれかの微細メッシュであってもよい。
図１０は特定の時間３５０にわたり、特性に関するコンポーネントの過渡的な挙動の予測を発生させる方法を示す。この方法は工程４００で始まり、この工程で過渡エンジン１８は定常ステンシル１６を受け取る。上述のように、定常ステンシル１６は、コンポーネント内の二次元、、又は三次元の順次一層小さい領域にわたり、順次の微細メッシュの幾何学的パターンを有する。一実施例では、定常ステンシル１６は、時間３５０を開始する開始時間３５２における各メッシュの各ノードについてのコンポーネントの挙動の予測を有する。工程４０２では、過渡エンジン１８は、定常ステンシル１６を形成している順次の微細メッシュの中から特定のメッシュ、例えば粗いメッシュ５８を選択する。
工程４０４では、過渡エンジン１８は境界条件６を受け取り、又は発生する。過渡エンジン１８は、定常ステンシル１６と共に、又は定常ステンシル１６とは別個に、定常ステンシル１６内の１個の、又は若干の、又は全部のメッシュについての局部境界条件６を受け取ることができる。又は、過渡エンジン１８は、上述のように、工程４０４を経て、この方法が進行する各時間に、各順次のメッシュについて局部境界条件６を発生することができる。又は、過渡エンジン１８は、限定された問題についての総体的な境界条件６を受け取ることができる。又は、過渡エンジン１８は、任意の他の適切な方法で、特定のメッシュについて適切な１個、又はそれ以上の境界条件６を受け取り、又は発生することができる。
一実施例では、過渡エンジン１８が予測を発生している時間が前のメッシュに関連して生じていない場合には、時間３５０より一層早い時間、又は一層遅い時間について、最後の微細メッシュ、又は他の前のメッシュについての境界条件６からの内挿法に従って、特定のメッシュについて、過渡エンジン１８は境界条件６を発生する。例えば、過渡エンジン１８は、時間３５０の間の最後の微細メッシュのために使用された時間間隔３５６を終える一層早い時間の間の最後の微細メッシュのための境界条件６と、時間３５０の間の最後の微細メッシュのための時間間隔３５６を開始する一層遅い時間の間の最後の微細メッシュのための境界条件６とを使用して、特定のメッシュに対する境界条件６を発生する。特定のメッシュのための境界条件６を発生するため行う内挿法は最後の微細メッシュ、又はその他の前のメッシュのために使用された時間間隔３５６の若干、又は全部にわたり、線形、又は非線形内挿法にすることができる。
工程４０６で、過渡エンジン１８は定常ステンシル１６、及び境界条件６を使用し、一層遅い時間に、例えば開始時間３５２からの時間間隔３５６によって特定される時間に、特定のメッシュの各ノードについての予測を発生する。一実施例では、特定のメッシュに対して最初に選択された時間間隔３５６は特定のメッシュの空間的微細の程度によって定まり、過渡エンジン１８が順次、微細メッシュを処理するにつれて、時間間隔３５６は順次、減少する。例えば、粗いメッシュ５８のための最初の時間間隔３５６は１秒の時間間隔であり、第１微細メッシュ６０のための最初の時間間隔３５６は１／１０秒の時間間隔である。
工程４０８では、過渡エンジン１８は定常ステンシル１６、及び境界条件６を使用し、時間間隔３５６の２個、又はそれ以上の細分時間間隔３５８を使用して、時間間隔３５６によって特定される時間に、メッシュの各ノードについての予測を発生する。例えば、過渡エンジン１８は、２つの１／２秒の細分時間間隔、４つの１／４秒の細分時間間隔、又は１秒の適当な細分時間間隔で予測を発生する。過渡エンジン１８は１個、又はそれ以上の前のメッシュを使用して発生したノードについての予測を書き直し、又は取り替える。
工程４０６、工程４０８で、過渡エンジン１８は特定のメッシュの各ノードについての予測を発生する。代案として、過渡エンジン１８は選択されたノードについて予測を発生する。選択されたノードは次の順次の細分域、例えば細分域４８の外にあってもよいが、この細分域内の供給源５２、５４、又は５６の影響を希望する精度で表すため、この細分域に十分近く位置する。
温度予測を発生するため使用された偏微分方程式に起因し、細分時間間隔３５８を使用して工程４０８で発生した予測は、時間間隔３５６を使用して、工程４０６で、発生した予測より、一層正確である。工程４１０では、過渡エンジン１８は、１個、又はそれ以上の選択されたノード、例えば次の順次の細分域に近いノードについて、工程４０６、及び工程４０８で発生した予測の間の差を計算する。工程４１０で計算された差を使用して、過渡エンジン１８は、時間間隔３５６の間にわたり、特定のメッシュの各ノードにおけるコンポーネントの過渡的な挙動を、望ましい精度で決定するのに、時間間隔３５６が十分に短いか、否かを決定する。
工程４１２において、もしも、この予測の間の差が所定の限界値を越えている場合には、工程４１４において、過渡エンジン１８は時間間隔３５６を減少させる。次の時間間隔３５６が、例えば１／２秒の時間間隔、１／１０秒の時間間隔、又はその他適切な細分時間間隔３５８のように、前の時間間隔３５６の細分時間３５８であることができる。例えば、図９を参照し、過渡エンジン１８が時間間隔グループ３７４で作動を開始し、上記の差が限界値を越えている場合には、次に時間間隔グループ３７２を選択する。この方法が後に工程４１２を繰り返しても、なお、この差が限界値を越えている場合には、過渡エンジン１８は時間間隔グループ３７０を選択する。特定の実施例では、過渡エンジン１８は、差が限界値を越えていても、時間間隔３５６を最少時間間隔長さに減少させ、この最少時間間隔を使用し続ける。工程４１２で、計算された差が所定の限界値を越えなくなるまで、時間間隔３５６を順次、減少させるよう、必要に応じ、工程４０４から工程４１４までの工程を多くの回数、繰り返す。
工程４１２で、この差が限界値を越えておらず、工程４１６で終了時間３５４が達していないならば、工程４１８で、過渡エンジン１８は時間間隔３５６を増大すればよい。例えば、前の時間間隔３５６が時間３５０の始めから１／２秒の時間間隔であれば、次の時間間隔３５６は前の１／２秒の時間間隔３５６の終わりから１秒の時間間隔にすることができる。再び、図９を参照し、過渡エンジン１８は時間間隔グループ３７０で開始し、次に、差が限界値以下であれば、時間間隔グループ３７２を選択する。
次の時間間隔３５６は、前の時間間隔３５６と同一であってもよく、前の時間間隔３５６より長くともよく、前の時間間隔３５６の倍数であってもよく、又は任意他の適切な時間間隔３５６であってもよい。特殊な実施例では、過渡エンジン１８は時間間隔３５６を最大時間間隔まで増大させてもよく、差が限界値以下である限り、この最大時間間隔を使用し続けてもよい。時間間隔３５６を増大する長さに関係なく、工程４２０において、過渡エンジン１８は次の時間間隔３５６の開始を調整し、前の時間間隔３５６の終わりに、次の時間間隔３５６を開始する。この方法は工程４０４に戻り、ここで、過渡エンジン１８は特定のメッシュのための次の時間間隔についての数値関係、及び境界条件６を受け取り、又は発生する。
工程４１０で計算された予測の間の差が工程４１２で所定の限界値を越えるまで、同一の、又は順次の一層長い時間間隔３５６にわたり、必要な多くの回数、工程４０４から工程４２０までを繰り返す。この場合、過渡エンジン１８は工程４１４において時間間隔３５６を減少させる。工程４１６で、終了時間３５４に達すれば、過渡エンジン１８は、全時間３５０にわたり、特定のメッシュについて、コンポーネントの過渡的な挙動を予測し終わっており、この方法は工程４２２に進む。工程４２２において、定常ステンシル１６が１個、又はそれ以上の付加的メッシュを含んでいる場合には、この方法は工程４０２に戻り、ここで、過渡エンジン１８は次の特定のメッシュを選択する。
上述したように、１個、又はそれ以上の前のメッシュについての局部境界条件６、若しくは定常ステンシル１６内の細分域、又は特定のメッシュの境界を画成している１個、又はそれ以上の前のメッシュの１個、又はそれ以上のノードについて発生した予測、若しくは総体的境界条件６、若しくはその他の因子に従って、過渡エンジン１８は次のメッシュについての境界条件６を受け取り、又は発生する。一実施例では、次のメッシュに対応する細分域の境界を画成しているノードは、過渡エンジン１８が次のメッシュのノードについて予測を発生するため、局部境界条件６として使用する関連する前の予測を有する。工程４２２において定常ステンシル１６が付加的メッシュを含んでいないならば、時間３５０にわたるコンポーネントの過渡的な挙動の予測は完了する。一実施例では、過渡エンジン１８は別個の空間的、及び時間的微細化を使用して、この予測の精度を確かめる。
過渡エンジン１８は、工程４２４において、二次元、又は三次元で、コンポーネント内の選択された細分域にわたり、検証メッシュを発生する。一実施例では、この検証メッシュのための細分域は、工程４０２で選択された最後の微細メッシュに対応する細分域、例えば第４微細メッシュ１２２に対応する細分域１３２である。検証メッシュを最後の微細メッシュより、一層空間的に微細化してもよく、検証メッシュの隣接するノードを相互に一層接近させ、例えば最後の微細メッシュの隣接するノードより、２倍、接近させる。工程４２６で、過渡エンジン１８は、特定の時間間隔３５６の間に、境界条件６を受け取り、又発生するが、この特定の時間間隔３５６は、工程４０６で、最後の微細メッシュについて予測を発生するため使用された時間間隔３５６より一層、短い。例えば、最後の微細メッシュのための時間間隔３５６が１マイクロ秒の時間間隔であれば、検証メッシュの特定の時間間隔３５６は１０ナノ秒の時間間隔、又はその他適切な時間間隔３５６である。過渡エンジン１８は、検証メッシュのため、１個、又はそれ以上の時間３５０を指定することができ、この時間３５０は上に述べた微細メッシュのための時間３５０より短い。
工程４２６で、受け取り、又は発生した境界条件６は、１個、又はそれ以上の前のメッシュからの境界条件６を含んでいてもよい。一実施例では、特定の時間間隔３５６の間の境界条件６は、次の時間間隔３５６の終わりより、一層早い時間、及び一層遅い時間にわたる最後の微細メッシュについての境界条件６から内挿法に従って、発生される。例えば、過渡エンジン１８は、次の時間間隔３５６の終わりより一層早い時間３５０の間の第１の時間中の最後の微細メッシュのための境界条件６と、次の時間間隔３５６の終わりより一層遅い時間３５０の間の第２の時間中の最後の微細メッシュのための境界条件６とを使用して、過渡エンジン１８は、時間間隔３５６の間に、検証メッシュのための境界条件６を発生する。検証メッシュのための境界条件６を発生するため行う内挿法は、検証メッシュのための特定の時間間隔３５６の若干、又は全部にわたり線形、又は非線形内挿法でよい。
境界条件６に従って、過渡エンジン１８は、時間間隔３５６で、工程４２８において、検証メッシュの各ノードのための予測を発生する。工程４３０で、終了時間３５４に達していないと、この方法は工程４２６に復帰し、ここで過渡エンジン１８は、次の時間間隔３５６のための数値関係、及び境界条件６を受け取り、又は発生する。次の時間間隔３５６は一定時間間隔でもよい。工程４３０で、終了時間３５４が到達するまで、工程４２６から工程４３０までの工程を必要なだけ多く繰り返す。この点で、過渡エンジン１８は、検証メッシュを使用して、時間３５０にわたり、コンポーネントの過渡的な挙動の完全な予測を発生し終わっている。
過渡エンジン１８は、時間と、空間との中の各共通点について、工程４３２において、最後の微細メッシュを使用して発生した予測と、検証メッシュを使用して発生した予測との間の差を計算する。工程４３４において、１個、又はそれ以上の共通点についての差が所定の限界値を越えていれば、過渡エンジン１８は、工程４３６において、これ等共通点を含む１個、又はそれ以上の時間を指定する。次に、この方法は工程４２４に戻り、ここで、過渡エンジン１８は、前の検証メッシュより、一層空間的に微細化されている検証メッシュを発生し、この新しい検証メッシュの隣接するノードが互いに一層密接し、例えば、前の検証メッシュの隣接するノードより、２倍、密接しているようにする。
過渡エンジン１８は、前の検証メッシュのため、又は一層小さい細分域のため、コンポーネント内の同一の細分域にわたる新たな検証メッシュを発生する。一実施例では、過渡エンジン１８は、工程４２６で、境界条件６を発生し、工程４３６で特定した時間内の選択された時間間隔３５６の間のみ、工程４２８で、各ノードについての予測を発生する。この新たな検証メッシュのためのこれ等の時間間隔３５６は、前の検証メッシュのための時間間隔より一層短い。このようにして、工程４３４で、空間、及び時間内の各共通点の予測間の差が所定限界値以下になるまで、順次の空間的、及び時間的微細化を使用して、工程４２４から工程４３６までの工程を繰り返して、この方法を継続する。時間３５０全体にわたり、希望する精度までのコンポーネントの過渡的な挙動の予測２０はここで完了し、この方法は終了する。
【図１】
0003841833.tif 000002
【図２ａ】
0003841833.tif 000003
【図２ｂ】
0003841833.tif 000004
【図２ｃ】
0003841833.tif 000005
【図３】
0003841833.tif 000006
【図４】
0003841833.tif 000007
【図５】
0003841833.tif 000008
【図６】
0003841833.tif 000009
【図７】
0003841833.tif 000010
【図８】
0003841833.tif 000011
【図９】
0003841833.tif 000012
【図１０Ａ】
0003841833.tif 000013
【図１０Ｂ】
0003841833.tif 000014