JPH10312473A - コーナ丸め部分の削除方法、ならびに同方法を実現するｃａｅシステム、及び同方法がプログラムされ記録される記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、詳細モデルを修正して簡易モデル
を作成する方法において、解析に影響しない、例えば小
さなＲ部を削除して簡易モデルを作成することにより、
修正のために要する時間の削減をはかり、しいては解析
時間の短縮をはかったコーナ丸め部分の削除方法、なら
びに同方法を実現するＣＡＥシステム、及び同方法がプ
ログラムされ記録される記録媒体を提供ならびに構築す
ることを主な特徴とする。 【解決手段】 本発明は、解析の対象となるモデルを作
成し、構造等の数値解析を行う機械系ＣＡＥシステムに
おいて、マンマシン装置５４を介して上記解析の結果に
影響しないコーナ丸め部分（Ｒ部）の半径を数値で与え
ることによって、コンピュータ本体５０がプログラムさ
れた内容に基づき、上記モデル中からＲ部を検索し、そ
のＲ部の面を拡張し互いの面の交差部分を切り取ること
により、解析専用の簡易モデルを作成することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械系ＣＡＥ（Co
mputer Aided Engineering）のモデル解析に用いて好適
な、コーナ丸め部分の削除方法、ならびに同方法を実現
するＣＡＥシステム、及び同方法がプログラムされ記録
される記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＥとは製品設計の思想であって、コ
ンピュータの使用環境を統合化するだけでなく、エンジ
ニアリング設計、実験解析、ドラフティング及び製造部
門の重要な部分等を統合化するものである。製品の開発
段階の初期に統合化されたＣＡＥシステムを利用するこ
とにより、大幅な開発工期の短縮とコスト削減がはかれ
るばかりでなく、より革新的な、しかもより優れた製品
の開発が可能となる。

【０００３】ＣＡＥによる機械製品の開発設計の典型的
な流れを図１０に示す。この方式での重要な点は、新し
い製品の概念をコンピュータにより生成し、それを目視
するとともに、割高な試作品を作る前にシステムシミュ
レーションを通してシステムレベルでの製品の性能を評
価することにある。システムのレイアウトと形状は、ソ
リッドモデリング技法を使うことにより容易に定義で
き、更に目視できる。また、システム動特性解析はビル
ディングブロック法（ＢＢＡ）に基づく。ＢＢＡでは、
おのおのの部品とシステム内での各部品の接続方法に関
する数学的情報を取り扱う。必要とする部品の数学的表
現を変更し、その結果の新しい数学モデルを再びシミュ
レーションすることにより、システム性能と部品の設計
条件、ならびに、それらの接続方法との関係を容易に評
価できる。

【０００４】システムモデルとその部品の形状的表現
は、ソリッドモデリングソフトウェアで可能であるが、
部品の数学的情報は、有限要素法、またはデータバンク
から、あるいは、もし、その部品が存在しているのであ
れば、実験的に入手できる。システム解析の結果は、い
ろんな作動条件下での製品の問題点を理解するのに利用
できる。例えば、パッケージング、重量低減、機構メカ
ニズム、振動、音、その他機械部品のそれぞれの開発過
程で着目すべき問題点等である。これらの問題を設計の
初期の段階でコンピュータの中で評価し、解決すること
は、初期の段階で製造上の問題点やコスト等に着目でき
るだけでなく、試作回数の必要性を少なく抑えることを
可能にしてくれる。

【０００５】ところで、機械系ＣＡＥシステムにおける
一般的な解析法につき、応力解析を例示して説明すると
以下に列挙する手順によりなされる。

【０００６】（１）解析対象となるモデルを作成する。

【０００７】（２）モデルを分割して有限要素モデルを
作成する。

【０００８】（３）拘束条件、荷重条件を設定する。

【０００９】（４）解析を実行する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常解析を行うモデル
は、解析の結果に重要でない、例えば、コーナにある小
さい丸め部分（以下、Ｒ部分と称する）は簡略してモデ
ル作成することが行われる。このモデル作成は、図１１
に（ａ）で示すように、設計で作成した詳細モデルを流
用し、解析用に簡易モデル（ｂ）として使用する方法
と、はじめから解析専用の簡易モデル（ｂ）を作成する
方法の二通り存在する。モデルの流用性から考えると、
前者の方が設計と解析の両方にモデルが使用でき効率的
である。

【００１１】しかしながら、上述した詳細モデルを修正
して簡易モデルを作成する方法においては、解析に重要
でない部分も含め簡略化していくため、修正までに時間
がかかる。また、設計モデルを修正せずに解析モデル
（有限要素モデル）を作成すると有限要素の数が多くな
り、解析時間が非常に長くなったり、場合によっては解
析が収束せずに解析不可能となってしまうことがある。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、詳細モデルを修正して簡易モデルを作成する方法
において、解析に影響しない、例えば小さなＲ部を削除
して簡易モデルを作成することにより、修正のために要
する時間の削減をはかり、しいては解析時間の短縮をは
かったコーナ丸め部分の削除方法、ならびに同方法を実
現するＣＡＥシステム、及び同方法がプログラムされ記
録される記録媒体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】本発明の第一の特徴は、
解析の対象となるモデルを作成し、構造等の数値解析を
行う機械系ＣＡＥシステムにおいて、上記解析の結果に
影響しないコーナ丸め部分（Ｒ部）の半径を数値で与え
ることによって上記モデル中からＲ部を検索し、そのＲ
部の面を拡張し互いの面の交差部分を切り取ることによ
り、解析専用の簡易モデルを作成することにある。

【００１４】本発明の第二の特徴は、三（二）次元の解
析モデルを作成し、有限要素モデル作成のための簡易モ
デルを生成する方法において、半径Ｒ値より小さな値を
持つＲ部を検索するために、解析モデルから削除を要す
る最大のＲ値を検索する仮想球（円）を作成し、検索の
対象となる面（線）を指定して解析モデルの内面を接す
るように仮想球（円）を転がすことにより接点の有無を
発見し、接点が２個以上あったときにその部分につき削
除を要するＲ部であると判定し、上記接点部から面
（線）を接線方向に拡張し、面（線）が交差した以降の
部分を切り取り該当するＲ部を削除することにある。

【００１５】本発明の第三の特徴は、操作者とマンマシ
ン装置を介して対話しながら所定の解析モデルを作成
し、有限要素モデル作成のための簡易モデルを生成する
コンピュータ本体と、解析モデル中から不要なコーナ部
分を削除するために、対象とするコーナ部分と任意のコ
ーナ半径を持つＲ値を指定する入力装置とを具備し、コ
ンピュータ本体は、入力装置を介して指定されるＲ値よ
り小さな値を持つＲ部を検索するために削除を要する最
大のＲ値を検索する仮想球を作成し、更に入力装置を介
して検索の対象となる面（線）の指定を受け、解析モデ
ルの内外面を接するように仮想球（円）を転がすことに
よって接点の有無を発見し、接点が２個以上あったとき
にそのコーナ部分につき削除を要する部分であると判定
し、上記接点部から面（線）を接線方向に拡張して面
（線）が交差した以降の部分を切り取り、不要コーナ丸
め部分を削除することを特徴とする機械系ＣＡＥシステ
ムにある。

【００１６】本発明の第四の特徴は、所定の解析モデル
を作成し、有限要素モデル作成のための簡易モデルを生
成する簡易モデル生成のための各ステップであって、入
力手段を介して不要なＲ部が指定されこれを受け付ける
するステップと、入力されたＲの半径を持つ仮想の球
（円）を作成するステップと、検索対象となる面（線）
を指定するステップと、指定された面（線）の全てにつ
き、内外の面（線）を接するように仮想球（円）を移動
させ、接点が２点以上あることを確認し、面（線）を拡
張してその面（線）の切り取りを行うステップとがプロ
グラムされ記録されることを特徴とする記録媒体にあ
る。

【００１７】このことにより、不要Ｒ部の大きさのみの
指定で詳細モデルを解析用の簡易モデルに修正でき、解
析に要する時間短縮が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明のＣＡＥシステムの
構成例を示すブロック図である。

【００１９】図では、ワークステーション２端末（１，
２）とルータエンジン１端末（３）を中心に各機器が接
続され構成される比較的大規模システムが例示されてい
る。各端末１，２，３ならびにパーソナルコンピュータ
４，５はＬＡＮ回線６によって接続され、双方向のファ
イル転送、ログイン等が可能である。

【００２０】パーソナルコンピュータを含む各端末１〜
５には、高精細カラーグラフィックスディスプレイ装置
（ＣＲＴ）、大容量ディスクファイル装置（ＭＫ）が標
準で装備される他、切り替え使用することによりカラー
静電プロッタ（ＰＲＴ）を共用できる構成となってい
る。パーソナルコンピュータを含む各端末１〜５は、高
度な理論計算、高精度な図形処理が要求されるため、比
較的高性能タイプが要求される。

【００２１】図２は、図１に示したパーソナルコンピュ
ータ５が持つソフトウェアのデータ構造のうち、本発明
と関係するソフトウェアモジュールのみ主記憶装置上に
展開して示した図である。図において、５１はＵＮＩ
Ｘ、Ｗｉｎｄｏｗｓ等の汎用ＯＳであり、システムの中
核をなすものであり、マルチタスク、マルチウインドウ
処理を行う。

【００２２】５２はアプリケーションとなるＣＡＥソフ
トウェアの各モジュール構成を示す。ＣＡＥソフトウェ
アは、システム設計モジュール５２１ならびにシステム
解析モジュール５２２、三次元部品形状定義モジュール
５２３、有限要素モデリングモジュール５２４、有限要
素解析と最適化モジュール５２５、グラフィック表示モ
ジュール５２６、実験・解析モジュール５２７、二次元
ドラフティングモジュール５２８がＧＵＩインタフェー
ス５２９を介して接続される。上述した各モジュール５
２１〜５２８は、データベース５３０を共通使用する。
５３１はＣＡＤ／ＣＡＭモジュール、５３２は実験評価
モジュールである。これら各モジュール５２１、５２
２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７、５２
８、５２９はディスクファイル装置５３に常駐し、必要
に応じて主記憶装置５０にローディングされ使用され
る。

【００２３】上述した各モジュールは図１０に示す機械
製品設計の流れ全般を処理するものであり、概略上述し
たように、（１）部品のソリッドモデルによるカラーの
形状表現とシステムの組立、（２）アニメーション表示
を含む機構解析、（３）有限要素解析のためのカラーに
よるブリ、ホスト処理、（４）有限要素解析、（５）シ
ステムシミュレーション、（６）２Ｄドラフティング、
（７）疲労解析等の実験解析を行う。

【００２４】５４は、マウス、キーボード等入力装置付
きのカラーグラフィックディスプレイ装置であり、ＯＳ
の基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を介し設計者と対話
しながらレイアウト設計を行うために用いられるマンマ
シンツールである。カラーグラフィックディスプレイ装
置５４は、大容量ビットマップメモリを内蔵し、解像度
の高い高精細画像を表示できる。５５はＬＡＮカードで
あり、同じくＯＳの基本入出力システムを介しＬＡＮ経
由で他システムとの交信を行うことができる。５６はＣ
ＰＵであり、主記憶装置５０に格納されたプログラムを
逐次読み出し実行することにより後述する機能を実現す
るもので、ＣＡＥにおける本発明システムの制御中枢と
なるものである。

【００２５】図３は、図２に示す有限要素モデリングの
うち、詳細モデルから簡易モデルに修正する部分のソフ
トウェアによる処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【００２６】図４〜図９は本発明実施例の動作を説明す
るために引用した図であり、解析用モデル、仮想球
（円）、面（線）の拡張、作成された簡略モデル、簡略
モデルにおける有限要素モデル、詳細モデルにおける有
限要素モデルのそれぞれを示す。

【００２７】以下、図３〜図９を参照して図１、図２に
示す本発明実施例の動作について詳細に説明する。

【００２８】まず、操作者は、キーボード５４を介し、
ある値のＲより小さな値のＲ部を持つコーナを修正する
ために、修正する最大のＲ値を入力する。本発明実施例
では、２ｍｍとする。尚、半径Ｒ値の指定は、キーボー
ドではなくマウスを用い、事前に画面表示される数値の
中から選択しても構わない。これを受けたＣＰＵ５６
は、入力されたＲ値より小さな値を持つＲ部を発見する
ために仮想球を作成する。本発明実施例では理解を助け
るために二次元表示を例示しているため仮想円となる。

【００２９】次にマウスを介して対象面（線）が指定さ
れる。不要Ｒ部を検索する対象は、操作者の入力に委ね
られ、全て、もしくは一部を任意指定できる。ここでは
全てが選択されるものとする。このことにより、ＣＰＵ
５６は図５に示すように、モデルの内外面を接するよう
に仮想球（円）を転がし、接点の数をチェックしてい
く。接点の有無は周知の幾何学計算による数学的手法を
用いる。ここで、接点が２個以上あればその部分の形状
は不要Ｒ部であると判断する。そして、図６に示すよう
に、その接点部から面（線）を接線方向に拡張する。そ
して、図７に示されるように、面（線）が交差した以降
の部分は不要部であるため、既存の面（線）の切り取り
が行なわれ、簡略モデルが作成される。この切り取りに
ついても既存の数学的手法により行われる。

【００３０】図７、図８は、それぞれ、簡略モデルにお
ける有限要素モデル（自動メッシュ作成，要素数８０
個）、詳細モデルにおける有限要素モデル（自動メッシ
ュ作成，要素数３１５個）を示す。不要Ｒ部の検索は、
入力された不要Ｒ部をもとに仮想球（円）を作成し、検
索対象となる面（線）上を転がすことで、接点の個数を
既知の代数幾何学等の数学的手法を用いて求める。不要
部検索の後は、既知の数学的手法や既存のシステムの機
能を用い、接点から先の部分において接線方向に面
（線）を拡張させ、互いの面（線）の交差部分を切り取
る手法を用いる。既知の数学的手法を用いることでシス
テムとして構築し易く、かつ効率的である。ここで作成
されたモデルは図９に示される有限要素を作るためのモ
デルとなる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明のように本発明は、所定の解析
モデルを作成し、構造解析等の数値解析を行うものであ
って、不要なＲ部の大きさを数値で与えることにより、
モデル中から不要Ｒ部を検索し、面（線）を拡張するこ
とで解析効率をあげた簡易モデル作成のための手法を提
供するものであり、既知のシステムが持つ機能ならびに
数学的手法を用いることにより実現できるため、システ
ム構築が容易である。他、以下に列挙する効果が得られ
る。

【００３２】（１）不要Ｒ部の大きさを指定するだけで
詳細モデルを簡易モデルに自動的に修正可能である。

【００３３】（２）対象面を指定できるため、一括して
全ての面（線）に対して一定のＲ部を削除することもで
き、また、複数の部分で異なる大きさのＲ部を削除する
こともできる。

【００３４】（３）不要Ｒ部に依存しない有限要素モデ
ルが作成できることにより、要素数の減少がはかれ、解
析時間の短縮をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図。

【図２】本発明において用いられるソフトウェア構造を
示す図。

【図３】本発明実施例の動作を示すフローチャート。

【図４】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図５】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図６】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図７】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図８】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図９】本発明実施例の動作を示すために引用した画面
表示の例を示す図。

【図１０】従来のＣＡＥによる機械製品の開発設計の典
型的な流れを示す図。

【図１１】従来のモデル作成を示す図。

【符号の説明】

１、２…ワークステーション、３…ルータエンジン、
４、５…パーソナルコンピュータ、６…ＬＡＮ回線、５
０…コンピュータ本体、５１…ＯＳ、５２…ＣＡＥソフ
トウェアモジュール、５２１…システム設計モジュー
ル、５３…ディスク装置、５４…マンマシン装置、５５
…ＬＡＮカード、５６…ＣＰＵ、５２２…システム解析
モジュール、５２３…三次元部品形状定義モジュール、
５２４…有限要素モディリングモジュール、５２５…有
限要素解析と最適化モジュール、５２６…グラフィック
表示モジュール、５２７…実験・解析モジュール、５２
８…二次元ドラフティングモジュール、５２９…ＧＵＩ
インタフェース、５３０…データベース、５３１…ＣＡ
Ｄ／ＣＡＭモジュール、５３２…実験評価モジュール。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 解析の対象となるモデルを作成し、構造
   等の数値解析を行う機械系ＣＡＥシステムにおいて、上
   記解析の結果に影響しないコーナ丸め部分の半径を数値
   で与えることによって該当するコーナ丸め部分を検索
   し、そのコーナ部分の面もしくは線を接線方向に拡張し
   互いの面もしくは線の交差部分を越えた面もしくは線を
   切り取ることにより、解析専用の簡易モデルを作成する
   ことを特徴とするコーナ丸め部分の削除方法。
2. 【請求項２】 検索対象とする面もしくは線の指定は、
   解析モデルを構成するコーナの少なくとも一部であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のコーナ丸め部分の削除方
   法。
3. 【請求項３】 ３次元の解析モデルを作成し、有限要素
   モデル作成のための簡易モデルを生成する方法におい
   て、半径Ｒより小さな値を持つコーナ丸め部分を検索す
   るために、解析モデルから削除を要する最大のＲ値を検
   索する仮想球を作成し、検索の対象となる面を指定して
   解析モデルの内面を接するように仮想球を転がすことに
   より接点の有無を発見し、接点が２個以上あったときに
   その部分につき削除を要するコーナ丸め部分であると判
   定し、上記接点部から面を接線方向に拡張し、面が交差
   した以降の部分を切り取り該当するコーナ丸め部分を削
   除することを特徴とするコーナ丸め部分の削除方法。
4. 【請求項４】 ２次元の解析モデルを作成し、有限要素
   モデル作成のための簡易モデルを生成する方法におい
   て、半径Ｒより小さな値を持つコーナ丸め部分を検索す
   るために、解析モデルから削除を要する最大のＲ値を検
   索する仮想円を作成し、検索の対象となる線を指定して
   解析モデルの内面を接するように仮想円を転がすことに
   より接点の有無を発見し、接点が２個以上あったときに
   その部分につき削除を要するコーナ丸め部分であると判
   定し、上記接点部から線を接線方向に拡張し、線が交差
   した以降の部分を切り取り該当するコーナ丸め部分を削
   除することを特徴とするコーナ丸め部分の削除方法。
5. 【請求項５】 検索の対象となる面を指定して詳細モデ
   ルの内面を接するように仮想球（円）を転がすことによ
   り接点の有無を発見し、接点が２個以上あったときにそ
   の部分につき削除を要するＲ部であると判定し、上記接
   点部から面（線）を接線方向に拡張し、面（線）が交差
   した以降の部分を切り取ることによりＲ部を削除する操
   作を、指定された面（線）が終了するまで繰り返し、外
   側の面（線）に対しても同様の操作を繰り返すことを特
   徴とする請求項３もししくは４記載のコーナ丸め部分の
   削除方法。
6. 【請求項６】 操作者とマンマシン装置を介して対話し
   ながら所定の解析モデルを作成し、有限要素モデル作成
   のための簡易モデルを生成するコンピュータ本体と、解
   析モデル中から不要なコーナ部分を削除するために、対
   象とするコーナ部分と任意のコーナ半径を持つＲ値を指
   定する入力装置とを具備し、コンピュータ本体は、入力
   装置を介して指定されるＲ値より小さな値を持つＲ部を
   検索するために削除を要する最大のＲ値を検索する仮想
   球を作成し、更に入力装置を介して検索の対象となる面
   （線）の指定を受け、解析モデルの内外面を接するよう
   に仮想球（円）を転がすことによって接点の有無を発見
   し、接点が２個以上あったときにそのコーナ部分につき
   削除を要する部分であると判定し、上記接点部から面
   （線）を接線方向に拡張して面（線）が交差した以降の
   部分を切り取り、不要コーナ丸め部分を削除することを
   特徴とする機械系ＣＡＥシステム。
7. 【請求項７】 所定の解析モデルを作成し、有限要素モ
   デル作成のための簡易モデルを生成する簡易モデル生成
   のための各ステップであって、入力手段を介して不要な
   Ｒ部が指定されこれを受け付けるするステップと、入力
   されたＲの半径を持つ仮想の球（円）を作成するステッ
   プと、検索対象となる面（線）を指定するステップと、
   指定された面（線）の全てにつき、内外の面（線）を接
   するように仮想球（円）を移動させ、接点が２点以上あ
   ることを確認し、面（線）を拡張してその面（線）の切
   り取りを行うステップとがプログラムされ記録されるこ
   とを特徴とする記録媒体。