JP4096161B2 - 形状データ作成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の設計作業を支援する設計支援装置に係り、特に、形状データ作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥシステムにおいては、データの共有化により、ＣＡＤシステム，ＣＡＥシステム，ＣＡＭシステム間の連係が、かなり密になっている。すなわち、ＣＡＤシステムで作成した３次元形状データから解析用データを生成してＣＡＥシステムで解析・評価し、それらのデータをＣＡＭシステムに送り製造加工用のＮＣデータを作成するまでの処理手順の流れは、ほぼ実現されている。
【０００３】
しかし、これらの処理の基点となる３次元形状データの作成においては、計算機上で表現できる図形データという制約があるので、線や面を組合せた幾何学的な情報しか入力できない。したがって、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を伴う場合が多い。
【０００４】
そこで、３次元ＣＡＤシステムの段階においてＮＣ機械の加工動作単位で形状を作成する方法が、特開平10-207523号公報，特開平08-161378号公報，特開平09-245071号公報などに示されている。
【０００５】
製品設計時において加工コストや組立てコストなどの評価を支援する方法は、特開2001-236373号公報，特開2001-222441号公報，特開平11-120249号公報などに示されている。これらの方法においては、３次元ＣＡＤデータの部品毎にコストや加工方法などの属性を入力しておき、トータルコストの算出に用いる。
【０００６】
３次元ＣＡＤシステムで、板構造物を加工する操作(曲げ，穴あけ，切削など)に対応するコスト表を用いて、加工コストを算出する方法が、特開平08-161378号公報などに示されている。
【０００７】
予め準備した３次元ＣＡＤ形状テンプレートの設計パラメータ(寸法，材質など)を変更して概算コストを算出する方法が、特開2001-142929号公報，特開平10-334127号公報などに示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
製品の加工方法や組立て方法は、求められる製品仕様によりさまざまである。また、製造ラインの変更，加工技術・組立て技術の進歩，環境影響を考慮した設計変更，原料コストの変動などの要因を考慮できる設計環境が求められている。
【０００９】
ＣＡＥ作業や製造加工プロセスにおいて、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を減らすには、設計プロセスにおける設計意図が示された形状データを下流側のＣＡＥ作業や製造プロセスに引き継ぐ必要がある。
【００１０】
逆に、製造プロセスにおける加工性，組立て効率，製造コストなどを設計段階で早期に検討すると、トータルの製品開発期間を短縮できる。
【００１１】
そのためには、設計者が製造プロセスを考慮して設計する際に、選択できる加工や組立ての手段にバリエーションを持たせ、さまざまな加工手段を画面上で検討しながら、加工コストや組立てコストを意識して設計できるツールが必要である。
【００１２】
従来の形状データ作成方法では、特定の具体的な加工手段において、例えばワーク材質，工具径，主軸回転数のように、ＮＣ機械の加工動作単位でパラメータを入力し、それに対応する加工コストなどを部品表に基づいて算出していた。
【００１３】
しかし、荒削り，中仕上げ，仕上げなどのそれぞれの段階におけるカッターパスの動作定義のように詳細な製造加工方法は、ＣＡＭシステム側で決めた方が効率が良い場合が多く、ＣＡＤデータ作成の段階で詳細な加工動作を設定する作業には、非常に手間がかかる。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、加工プロセスおよび組立てプロセスにおける加工性、組立て効率およびコストなどをＣＡＤデータ作成時の設計段階で検討可能にでき、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を少なくすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、３次元ＣＡＤを用いる形状データ作成装置において、加工操作または組立て操作に対応する具体的な複数の加工手段または組立て手段が記憶され、前記加工操作毎に加工精度と加工コストが属性として、または前記組立て操作毎に組立コストが属性として記憶された操作手段データベースと、形状データ作成時に、加工後の形状を得るための複数の前記加工手段または組立て手段を画面上に表示して選択可能とする形状操作手段選択手段と、選択された前記加工手段と該加工手段による前記加工精度と加工コストまたは組立て手段と該組立手段による前記組立コストに基づき、前記形状の加工性、組立て効率およびコストを算出する集計手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成において、最終的な加工後の形状を得るための複数の加工手段または組立て手段を画面上で選択可能としているので、加工操作または組立て操作に対応する加工性、組立て効率、コストを確認して、具体的な加工手段または組立て手段を選択して形状データを作成することができる。その結果、設計意図に基づいて加工および組立て手順に則った形状データが得られ、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を少なくすることができる。
【００１７】
上記の場合において、さらに、加工手段または組立て手段の操作プロセスが記憶されたプロセスデータベースを備え、前記集計手段は、予め定められた加工性の補正パラメータに従って、上流側の操作プロセスに依存して下流側の操作プロセスの加工性、組立て効率およびコストを補正する構成とすることができる。
【００１８】
また、プロセスデータベースの操作プロセスの追加、削除および順番変更の処理を実行する形状操作プロセス編集手段を備えた構成とすることにより、形状操作プロセスの追加、削除および順番変更の処理を柔軟に実行することが可能である。その結果、設計変更の要求に容易に対応できる。
【００１９】
さらに、作成された形状データと算出された前記形状の加工性、組立て効率およびコストとが対応させて記憶される形状データベースを備えた構成とすることができる。
【００２０】
本発明においては、本ＣＡＤシステムで作成した形状データ作成プロセスは、ＣＡＭを利用したＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとの連携性が高いので、設計プロセスと製造加工プロセスとにおいて設計意図を共有し、設計意図を製造現場に反映し易くなる。
【００２１】
いずれの形状データ作成装置においても、インターネットなどを介して得られる外部データを参照して加工精度，信頼性，加工コストなどの属性を更新しまたは拡充する外部データ処理インターフェイスを備えることができる。
【００２２】
本発明においては、インターネットなどを介した外部調達手段を用いて設計者が所望する加工手段または組立て手段のデータを得ることが容易なので、データベースの更新，拡充が可能となり、より適切な加工手段または組立て手段を選択できる。
【００２３】
また、複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを比較して表示する表示手段を備えてもよい。
【００２４】
本発明においては、複数の操作プロセスを比較表示し、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【００２５】
従来技術では、穴あけならワーク材質，工具径，主軸回転数などのパラメータによって、単一の加工動作に対する関数で、加工性，組立て効率，製造コストなどを評価していた。
【００２６】
これに対して、本発明においては、各種の加工手段や組立て手段を格納したデータベースを備え、具体的な加工手段または組立て手段を包含する一連の形状操作プロセスを単位として扱い、この単位毎にＣＡＤデータを作成し、製品の加工性，組立て効率，コストなどを評価する。
【００２７】
複数の加工・組立てプロセスを合体してＣＡＤデータを作成するために抽象的な形状操作コマンドを用いると、設計段階における部品加工や組立ての取扱い易さと後段のＣＡＭシステムへの連携性とが向上する。
【００２８】
本発明においては、最終的な加工後の形状を得るための複数の手段が画面上で選択可能であり、選択された手段に応じて、加工コストや組立て効率が評価される。
【００２９】
また、設計変更を容易にするため、加工および組立てプロセスの追加，削除，順番変更などを処理する手段を設ける。
【００３０】
３次元の形状データは、加工操作プロセスに直結するコマンドを使って作成しているので、形状データの作成プロセスとＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとを連携させ、設計意図を製造段階に反映できる。
【００３１】
所望する仕様の加工手段または組立て手段のデータを得るために、インターネットなどを介して外部調達先からも新しい加工手段や組立て手段を追加し、既存データをタイムリーに更新し、データベースを常に最新の状態に保ち、最適な加工手段または組立て手段を選択できるようにする。なお、外部調達先には、自社の他部門のみならず、インターネットを介した第三者も含むようにしてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１９を参照して、本発明による形状データ作成方法および形状データ作成装置の実施形態を説明する。
【００３３】
図１は、本発明による形状データ作成装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の形状データ作成装置は、形状データ作成手段１０１と、入力装置１０９と、出力装置１１０と、操作手段データベース１１１と、外部データ処理インターフェイス１１２と、プロセスデータベース１１４と、形状データベース１１５とから構成される。
【００３４】
形状データ作成手段１０１は、対話型操作インターフェイス手段１０２と、形状操作コマンド実行手段１０３と、形状操作手段選択手段１０４と、加工性，組立て効率，コスト集計手段１０５と、形状操作プロセス編集手段１０６と、プロセス読込み／記録手段１０７と、ＣＡＤデータ入出力手段１０８とからなる。
【００３５】
形状データ作成手段１０１は、主に対話的に３次元ＣＡＤデータを作成する処理を支援する装置である。
【００３６】
対話型操作インターフェイス手段１０２は、３次元ＣＡＤデータを作成するために入力されたコマンド(形状編集，形状操作プロセスの入出力，形状操作プロセスの編集，形状データの入出力など)を解釈し、実行を制御する。
【００３７】
形状操作コマンド実行手段１０３は、対話型操作インターフェイス手段１０２で指定された形状の加工や組立て操作を実行する。
【００３８】
形状操作手段選択手段１０４は、形状操作コマンド実行手段１０３から出力された３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における曲げ，切削，穴あけなどの加工操作と接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作とに対応する命令に基づいて、加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工コストなどに係わる具体的な加工手段または組立て手段を操作手段データベース１１１から取り出し、取り出した複数の候補の中から選択する。
【００３９】
加工性，組立て効率，コスト集計手段１０５は、それぞれの形状操作プロセス(加工・組立てプロセス)に設定された属性データから得られた個々の加工性，組立て効率，コストなどを演算して出力するとともに、作成された全体形状の加工性，組立て効率，コストなどの総合値を求めて出力する。
【００４０】
形状操作プロセス編集手段１０６は、設計変更のニーズなどに基づいて、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における加工操作，組立て操作のプロセスの追加，削除，順番変更などの処理をする。
【００４１】
プロセス読込み／記録手段１０７は、加工および組立てのプロセスを形状操作プロセス編集手段１０６とプロセスデータベース１１４との間で入出力する手段である。プロセス読込み／記録手段１０７は、形状操作プロセス編集手段１０６で用いる形状操作プロセスのデータをプロセスデータベース１１４に登録したり、過去に操作したプロセスの履歴データなどをプロセスデータベース１１４から読み出す。
【００４２】
ＣＡＤデータ入出力手段１０８は、本システムにより作成された３次元ＣＡＤデータを名前を付けて形状データベース１１５に登録し、既存のＣＡＤデータを指定して形状データベース１１５から読み出す。
【００４３】
入力装置１０９および出力装置１１０は、キーボード，マウス，ディスプレイ，プリンタなどの一般的な機器である。
【００４４】
操作手段データベース１１１は、形状操作手段選択手段１０４で選択された形状データの作成における穴あけ，切削，曲げなどの加工操作または接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作に対応する具体的な加工手段または組立て手段を蓄積するデータベースである。操作手段データベース１１１は、加工操作および組立て操作の単位毎に、加工精度，信頼性，加工コストなどの属性を保持している。
【００４５】
外部データ処理インターフェイス１１２は、加工手段または組立て手段を蓄積する操作手段データベース１１１内部に所望する仕様の性能やコストを満足するデータが存在しない場合に、インターネット１１３などを介し外部調達手段を活用して、要求する加工手段または組立て手段を獲得するために、データを取り込み、操作手段データベース１１１を更新または拡充し、適切な加工手段または組立て手段を選択できるようにする。
【００４６】
ネットワーク１１３は、ＬＡＮ，インターネットに代表されるネットワークである。
【００４７】
プロセスデータベース１１４は、形状操作プロセス編集手段１０６で作成された３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における加工操作プロセス，組立て操作のプロセスを蓄積して再利用するためのデータベースである。
【００４８】
形状データベース１１５は、本システムによって作成された３次元ＣＡＤデータを格納するデータベースである。
【００４９】
従来、例えば、穴あけは、ワーク材質，ドリル径，回転数などのパラメータに基づいて、単一の加工動作に対する関数で、コスト，加工性を評価していた。
【００５０】
これに対して、本発明では、加工や組立て手段を各種取り揃えた操作手段データベース１１１を備え、加工や組立ての一連のプロセス群を単位として扱う。
【００５１】
例えば、切削加工の場合では、特定の形状を得るための工具や治工具の選択から、荒削り，仕上げ加工に至る一連のプロセスを単位としてデータベースに格納する。
【００５２】
その結果、加工後の形状を得るための複数の手段を画面上で選択可能となり、それぞれの手段による加工コスト，組立て効率などを評価できる。
【００５３】
図２は、製作対象の３次元ＣＡＤ形状の一例を示す斜視図である。本形状は、部品２０１と部品２０２とからできており、それぞれ別個に加工した後、組立てプロセスで接合される。
【００５４】
加工操作としては、曲げ，穴あけ，切削などのコマンドを用意し、それぞれの加工操作毎に品質やコストにかかわる加工手段を関連付けておく。
【００５５】
組立て操作としては、接続，はめ合わせなどのコマンドを用意し、例えば、接続の場合には、接続手段としてねじ，溶着，接着などの組立て手段を関連付けておく。
【００５６】
図３は、図２の製作対象の形状を分解して示す斜視図である。加工操作では、板状の素材に、曲げ３０１，３０４，穴あけ３０２，切削による角取り３０３，曲げ３０４の操作をする。
【００５７】
加工操作において、曲げ，穴あけ，切削などの順番は、製品に求められる品質，加工性，加工コスト，組立て効率などに関係しており、さまざまな組合せが存在する。また、各加工方法にも、同様に、さまざまな手段が存在する。
【００５８】
本システムでは、加工コストは高いが加工性が良い，加工性が良く加工コストも安い，加工性は悪いが加工コストが安い，組立て効率が良い，製作コストが安いなどの指標として、適切な加工条件を選択するための情報を提供する。
【００５９】
図４は、図２の部品２０１の加工手順のパターンを模式的に示す図である。素材形状４０１上の破線は、切削部分を示している。部材４０２は最初に曲げ操作した形状、部材４０３は最初に穴あけ操作した形状、部材４０４は最初に角取り操作した形状である。部材４０５，４０６，４０７は、次の加工操作で直前の状態に応じた曲げ，穴あけ，角取りをした中間形状である。部材４０８は、さらに曲げ，穴あけ，角取りをして得られた最終形状である。
【００６０】
最終形状４０８は、どのプロセスを辿ってもほぼ同じである。
【００６１】
しかし、例えば、最初に曲げてしまうと角取りや切削がしにくいとか、最初に穴をあけるとその後の曲げ位置合わせに時間がかかるなど、製品の目的によって加工手順が分かれる。
【００６２】
本発明では、このような操作手順が異なる場合に加工性，コストなどを評価するために、上流側の加工操作プロセスに依存して下流側の加工操作プロセスの加工性を補正する手段を備えた。
【００６３】
図５は、加工性を補正するパラメータの一例を示す図である。基準ポイント(Ａ)は、その操作が下流側の操作に及ぼす影響の大きさを表す。加工形状寸法による補正係数(Ｂ)は、形状全体寸法に対する加工部位寸法の相対値である。本実施形態では、基準ポイントと加工形状寸法による補正係数とを掛け合わせた値(Ａ×Ｂ)を、プロセスが追加される毎に累積していき、下流側プロセスの加工性の値に順次加算していく。
【００６４】
図６は、加工操作手順を考慮した加工性の算出例を示す図である。図６(ａ)は、図４の例において、部材４０１〜４０４〜４０７〜４０８の手順で加工した例である。説明を簡単にするために、各プロセス単体での加工性は、それぞれ１.０としている。最初の角取り時の加工性補正値の累積値は、０.０である。次の穴あけ時には、角取りにおける加工性補正値０.１が加算される。さらに、曲げ時には、角取りの加工性補正値０.１と、穴あけの加工性補正値０.３の両方が加算され、加工性の合計値は、３.５となる。
【００６５】
図６(ｂ)は、図４の例において、部材４０１〜４０２〜４０５〜４０８の手順で加工した例である。図６(ａ)と同様に、各プロセス単体での加工性は、それぞれ１.０としている。最初の曲げ時の加工性補正値の累積値は、０.０である。次の穴あけ時には、曲げにおける加工性補正値２.０が加算される。さらに角取り時には、曲げの加工性補正値２.０と、穴あけの加工性補正値０.３の両方が加算され、加工性の合計値は、７.３となる。
【００６６】
このようにして加工操作手順を考慮した加工性を算出する。
【００６７】
操作手順による加工性に有意差がない場合には、基準ポイントと加工形状寸法による補正係数とを掛け合わせた値にさらに適当な係数(０.１や１０など)を乗じると、操作手順による加工性に有意差を持たせることも可能である。
【００６８】
なお、本ＣＡＤシステムで作成された３次元ＣＡＤデータの形状操作プロセスは、実際に製品を加工するためのＣＡＭのプロセスにダイレクトに引き継いで利用できるので、３次元ＣＡＤデータ作成時における設計意図を製造プロセスに反映することが可能になる。
【００６９】
図７は、形状の加工操作における穴あけ加工メニューの一例を示す図である。被加工材の材質，加工直径，工程距離(穴あけ深さ)を入力する。さらに、加工の仕様上必要であれば、加工速度目標と加工精度目標とを入力する。操作手段データベース１１１には、加工プロセスまたは組立てプロセスの一連のプロセスを単位とし、この単位毎に加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工速度，加工性，加工コストを蓄積している。
【００７０】
加工精度，加工速度は、加工手段データを登録する際に手入力する。
【００７１】
加工コストは、単一の加工動作について、材質，加工工程，使用する工具の種類などのパラメータに基づき評価関数を用いて求められた加工コストを一連の加工プロセスを単位として累積したデータである。
【００７２】
本システムを利用するにつれて、操作手段データベース１１１は、更新され拡充される。コスト評価の精度を高めるために、システムの操作者が経験則によって加工コストを補正してもよい。
【００７３】
図８は、形状の加工操作における切削加工メニューの一例を示す図である。被加工材の材質および加工深さと加工面積を入力する。
【００７４】
図９は、切削加工対象形状の一例を示す図である。切削加工対象形状は、加工深さ９０１と、切削加工面９０２とをパラメータとして規定される。この部分の面積は、３次元ＣＡＤからも容易に求められるので、自動的に設定してもよい。
【００７５】
図１０は、具体的な加工プロセスの一例を示す図である。荒削りから中仕上げを経て仕上げまでの一連のプロセスを単位として加工操作する。３次元ＣＡＤ上では、図９で示した完成形状を単位として操作するので、３次元ＣＡＤの操作者が直接的に加工方法を意識する必要はない。操作手段データベース１１１には、図１０に示したような、荒削り，中仕上げ，仕上げの各プロセスで使用する工具，主軸回転数，切削ピッチなどの加工方法が蓄積されている。この例の加工コストは、工具，回転数，切削ピッチなどのパラメータに基づいて前記手法により求められる。
【００７６】
個々のプロセスの加工コストを合計した値が、図９に示した切削対象形状の加工コストとなる。
【００７７】
図１１は、切削の場合の特殊な例として、形状の加工操作における溝加工メニューの一例を示す図である。
【００７８】
図１２は、溝加工対象形状の一例を示す図である。規格品の工具を使用して、一定幅の溝１２０１を削り出す。実際の動作は、通常の切削と同様であるが、設計意図を分かり易くするために、加工手段のメニューを充実させた。
【００７９】
図１３は、曲げ加工における加工手段の一例を示す図である。図１３の場合には、被加工素材１３０１を治工具で固定しておき、工具１３０２を下方へ動作させ、または、工具１３０３を上方に動作させ、曲げ加工する。
【００８０】
図１４は、曲げ加工における加工手段の別の例を示す図である。図１４の場合には、予め溝を掘った台１４０２上に被加工素材１４０１を配置し、上方の工具１４０３を押し込み、曲げ加工する。
【００８１】
図１３および図１４に示したように、異なった工具と加工方法とによっても、同様に曲げ加工できる。被加工素材の寸法，要求される加工精度，加工コストに応じて、加工手段を選択可能である。曲げ加工においても、穴あけ加工メニューや切削加工メニューと同様な操作で、加工仕様を入力する。
【００８２】
要求する曲げ角度を得るために必要であれば、図１４の手段で荒加工し、その後、図１３の手段で角度を微調整するような加工プロセスの組合せも可能である。
【００８３】
図１５は、複数の加工プロセスによる加工後の形状の一例を示す図であり、図１６は、形状加工メニューの一例を示す図である。
【００８４】
このような非定型の加工プロセスは、例えば、外部調達手段を用いて入手する。設計者は、詳細なプロセスを意識する必要はなく、最終的な加工形状を得るための寸法緒元などのパラメータを入力すればよい。
【００８５】
外部調達手段における外部データ処理インターフェイス１１２は、設計者の要求する加工形状をネットワークなどを介して公開する。情報提供者は、設計者の要求に基づき、具体的なプロセス(使用する工具類と動作)を作成し、その製作にかかるコストや精度などの情報とともに、外部データ処理インターフェイス１１２に渡す。
【００８６】
図４に既に示したように、このような形状の製作プロセスは、加工性，加工コスト，加工精度に応じて、種々考えられる。
【００８７】
図１７は、形状加工プロセスの相違を示す図である。初期形状１７０１から切削加工を最初にした場合には、形状１７０２のようになり、穴あけ加工を最初にした場合には、形状１７０３のようになる。その後のプロセスで、形状１７０２を穴あけ加工し、形状１７０３を切削加工すると、最終形状の１７０４が得られる。
【００８８】
したがって、加工プロセスデータの提供者から得られる加工コスト，精度などの情報は、重要であり、設計者が、データベースから要求するデータを検索する際に必要である。
【００８９】
収集されたプロセスの妥当性は、加工シミュレーションなどの手段によって検証した後、操作手段データベース１１１に登録する。
【００９０】
設計者が提供された加工プロセスデータの精度やコストを納得して使用するために必要であれば、加工プロセスデータの提供者から、使用する工具類のデータを提供してもらうことも可能である。
【００９１】
図１８は、組立てプロセス手段の一例を示す図である。図２の形状２０１と形状２０２をねじ止め，溶接，接着する例を示している。接合手段としてねじ止めを選択した場合には、ねじ位置１８０１を指定する。
【００９２】
ねじ止めでは、ねじ穴が必要になるので、この段階で穴あけ加工する。その手順は、前述の穴あけ加工操作と同様である。穴あけ加工操作後は、形状１８０２のようになる。ねじ止めでは、ねじの材質が、組立て手段の属性の一つとして、ねじ止め接合にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９３】
接合手段として溶接を選択した場合には、溶接位置１８０３を指定する。溶接では、溶接の種類が組立て手段の属性として、溶接にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９４】
接合手段として接着を選択した場合には、接着面１８０４を指定する。接合の場合では、接着材料，硬化時間，接合後の強度が、組立て手段の属性の一つとして、接合にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９５】
設計者は、これらの情報を参考にして適切な組立て方法を選択する。
【００９６】
図１９は、加工・組立てにかかる予想コストを形状作成画面上に表示した例を示す図である。
【００９７】
材料費は、例えば、被加工物の材質と体積とから求める。作成した形状の体積は、３次元ＣＡＤの機能を使っても容易に求めることができる。
【００９８】
加工性は、形状操作プロセス編集手段１０６で記憶している加工操作の総数と基準加工操作数との比で表す。ただし、すべての加工操作が同じ加工性ではないので、加工手段によって、曲げ加工は５ポイント、切削加工は３ポイントというような重み付けをしてもよい。
【００９９】
図１９の例では、加工性を５段階で表しており、記号が３個ならば標準、３個より少なければ加工性が悪く、３個より多ければ加工性が良いことを示す。
【０１００】
加工費は、それぞれの加工プロセスが属性として保持している加工費の総和である。
【０１０１】
組立て効率は、対象形状の組立て操作数と標準組立て操作数との比で表す。
【０１０２】
組立て費は、標準組立て操作数とその組立て費とから金額に換算するための係数を求めておき、今回の組立て効率に係数を乗じて求める。
【０１０３】
その他のコスト(工具，治工具，設備費など)は、形状操作プロセスの属性に設定された値を順次加算して求める。
【０１０４】
表示方法は、加工性の場合と同様である。
【０１０５】
なお、いずれの実施形態においても、複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを、例えば一覧表にして、比較表示することもできる。
【０１０６】
この場合は、複数の操作プロセスを比較表示し、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【０１０７】
本実施形態によれば、形状を作成しながら、穴あけ，切削，曲げなどの加工操作、および、接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作に連動して、具体的な加工手段または組立て手段より得られた加工性，組立て効率，コストなどを確認できる。
【０１０８】
また、形状操作プロセス編集手段１０６において、加工・組立てプロセスの追加，削除，順番変更などの処理をした場合の加工性，組立て効率，コストなどへの影響を評価できるので、設計変更が容易である。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明においては、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成において、加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工コストなどに係わる具体的な加工手段または組立て手段を選択して形状データを作成する。したがって、最終的な加工後の形状を得るための複数の手段を画面上で選択可能であり、形状データを作成しながら、加工操作や組立て操作に連動し具体的な加工手段または組立て手段に応じて決定された加工性，組立て効率，コストなどを確認できる。
【０１１０】
複数の形状操作プロセスを記憶する手段と複数の形状操作プロセスを編集する手段とを用いて、形状操作プロセスの追加，削除，順番変更などの処理を柔軟に実行することが可能である。その結果、設計変更の要求に容易に対応できる。
【０１１１】
本ＣＡＤシステムで作成した形状データ作成プロセスは、ＣＡＭを利用したＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとの連携性が高いので、設計プロセスと製造加工プロセスとにおいて設計意図を共有し、設計意図を製造現場に反映し易くなる。
【０１１２】
インターネットなどを介した外部調達手段を用いて設計者が所望する加工手段または組立て手段のデータを得ることが容易なので、データベースの更新，拡充が可能となり、より適切な加工手段または組立て手段を選択できる。
【０１１３】
複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを、例えば一覧表にして、比較表示すると、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による形状データ作成装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】製作対象の３次元ＣＡＤ形状の一例を示す斜視図である。
【図３】図２の製作対象の形状を分解して示す斜視図である。
【図４】図２の部品２０１の加工手順のパターンを模式的に示す図である。
【図５】加工性を補正するパラメータの一例を示す図である。
【図６】加工操作手順を考慮した加工性の算出例を示す図である。
【図７】形状の加工操作における穴あけ加工メニューの一例を示す図である。
【図８】形状の加工操作における切削加工メニューの一例を示す図である。
【図９】切削加工対象形状の一例を示す図である。
【図１０】具体的な加工プロセスの一例を示す図である。
【図１１】形状の加工操作における溝加工メニューの一例を示す図である。
【図１２】溝加工対象形状の一例を示す図である。
【図１３】曲げ加工における加工手段の一例を示す図である。
【図１４】曲げ加工における加工手段の別の例を示す図である。
【図１５】複数の加工プロセスによる加工後の形状の一例を示す図である。
【図１６】形状加工メニューの一例を示す図である。
【図１７】形状加工プロセスの相違を示す図である。
【図１８】組立てプロセス手段の一例を示す図である。
【図１９】加工・組立てにかかる予想コストを形状作成画面上に表示した例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 形状データ作成手段
１０２ 対話型操作インターフェイス手段
１０３ 形状操作コマンド実行手段
１０４ 形状操作手段選択手段
１０５ 加工性，組立て効率，コスト集計手段
１０６ 形状操作プロセス編集手段
１０７ プロセス読込み／記録手段
１０８ ＣＡＤデータ入出力手段
１０９ 入力装置
１１０ 出力装置
１１１ 操作手段データベース
１１２ 外部データ処理インターフェイス
１１３ ネットワーク
１１４ プロセスデータベース
１１５ 形状データベース
２０１ 製作対象の３次元ＣＡＤ形状の構成部品
２０２ 製作対象の３次元ＣＡＤ形状の構成部品
３０１ 曲げ加工操作部位
３０２ 穴あけ加工操作部位
３０３ 切削加工操作部位
３０４ 曲げ加工操作部位
４０１ 素材形状
４０２ 最初に曲げた形状
４０３ 最初に穴をあけた形状
４０４ 最初に角を取った形状
４０５ 次に角を取る形状
４０６ 次に穴をあける形状
４０７ 次に曲げる形状
４０８ 最終形状
９０１ 切削加工深さ
９０２ 切削加工面
１２０１ 溝加工を施す部位
１３０１ 曲げ加工対象形状
１３０２ 曲げ加工工具の構成部品
１３０３ 曲げ加工工具の構成部品
１４０１ 曲げ加工対象形状
１４０２ 曲げ加工工具の構成部品
１４０３ 曲げ加工工具の構成部品
１７０１ 加工前の初期形状
１７０２ 切削加工後の形状
１７０３ 穴あけ加工後の形状
１７０４ 加工後の形状
１８０１ 部品接合時のねじ締結位置表示
１８０２ ねじ穴をあけた後の形状
１８０３ 部品接合時の溶接位置表示
１８０４ 部品接合時の接着面表示
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の設計作業を支援する設計支援装置に係り、特に、形状データ作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥシステムにおいては、データの共有化により、ＣＡＤシステム，ＣＡＥシステム，ＣＡＭシステム間の連係が、かなり密になっている。すなわち、ＣＡＤシステムで作成した３次元形状データから解析用データを生成してＣＡＥシステムで解析・評価し、それらのデータをＣＡＭシステムに送り製造加工用のＮＣデータを作成するまでの処理手順の流れは、ほぼ実現されている。
【０００３】
しかし、これらの処理の基点となる３次元形状データの作成においては、計算機上で表現できる図形データという制約があるので、線や面を組合せた幾何学的な情報しか入力できない。したがって、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を伴う場合が多い。
【０００４】
そこで、３次元ＣＡＤシステムの段階においてＮＣ機械の加工動作単位で形状を作成する方法が、特開平10-207523号公報，特開平08-161378号公報，特開平09-245071号公報などに示されている。
【０００５】
製品設計時において加工コストや組立てコストなどの評価を支援する方法は、特開2001-236373号公報，特開2001-222441号公報，特開平11-120249号公報などに示されている。これらの方法においては、３次元ＣＡＤデータの部品毎にコストや加工方法などの属性を入力しておき、トータルコストの算出に用いる。
【０００６】
３次元ＣＡＤシステムで、板構造物を加工する操作(曲げ，穴あけ，切削など)に対応するコスト表を用いて、加工コストを算出する方法が、特開平08-161378号公報などに示されている。
【０００７】
予め準備した３次元ＣＡＤ形状テンプレートの設計パラメータ(寸法，材質など)を変更して概算コストを算出する方法が、特開2001-142929号公報，特開平10-334127号公報などに示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
製品の加工方法や組立て方法は、求められる製品仕様によりさまざまである。また、製造ラインの変更，加工技術・組立て技術の進歩，環境影響を考慮した設計変更，原料コストの変動などの要因を考慮できる設計環境が求められている。
【０００９】
ＣＡＥ作業や製造加工プロセスにおいて、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を減らすには、設計プロセスにおける設計意図が示された形状データを下流側のＣＡＥ作業や製造プロセスに引き継ぐ必要がある。
【００１０】
逆に、製造プロセスにおける加工性，組立て効率，製造コストなどを設計段階で早期に検討すると、トータルの製品開発期間を短縮できる。
【００１１】
そのためには、設計者が製造プロセスを考慮して設計する際に、選択できる加工や組立ての手段にバリエーションを持たせ、さまざまな加工手段を画面上で検討しながら、加工コストや組立てコストを意識して設計できるツールが必要である。
【００１２】
従来の形状データ作成方法では、特定の具体的な加工手段において、例えばワーク材質，工具径，主軸回転数のように、ＮＣ機械の加工動作単位でパラメータを入力し、それに対応する加工コストなどを部品表に基づいて算出していた。
【００１３】
しかし、荒削り，中仕上げ，仕上げなどのそれぞれの段階におけるカッターパスの動作定義のように詳細な製造加工方法は、ＣＡＭシステム側で決めた方が効率が良い場合が多く、ＣＡＤデータ作成の段階で詳細な加工動作を設定する作業には、非常に手間がかかる。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、加工プロセスおよび組立てプロセスにおける加工性、組立て効率およびコストなどをＣＡＤデータ作成時の設計段階で検討可能にでき、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を少なくすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、３次元ＣＡＤを用いる形状データ作成装置において、加工操作または組立て操作に対応する具体的な複数の加工手段または組立て手段が記憶され、前記加工操作毎に加工精度と加工コストが属性として、または前記組立て操作毎に組立コストが属性として記憶された操作手段データベースと、形状データ作成時に、加工後の形状を得るための複数の前記加工手段または組立て手段を画面上に表示して選択可能とする形状操作手段選択手段と、選択された前記加工手段と該加工手段による前記加工精度と加工コストまたは組立て手段と該組立手段による前記組立コストに基づき、前記形状の加工性、組立て効率およびコストを算出する集計手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成において、最終的な加工後の形状を得るための複数の加工手段または組立て手段を画面上で選択可能としているので、加工操作または組立て操作に対応する加工性、組立て効率、コストを確認して、具体的な加工手段または組立て手段を選択して形状データを作成することができる。その結果、設計意図に基づいて加工および組立て手順に則った形状データが得られ、ＣＡＥシステムによる解析計算やＣＡＭシステムによる製造加工の工程において、設計意図を設計者に確認するための後戻り作業を少なくすることができる。
【００１７】
上記の場合において、さらに、加工手段または組立て手段の操作プロセスが記憶されたプロセスデータベースを備え、前記集計手段は、予め定められた加工性の補正パラメータに従って、上流側の操作プロセスに依存して下流側の操作プロセスの加工性、組立て効率およびコストを補正する構成とすることができる。
【００１８】
また、プロセスデータベースの操作プロセスの追加、削除および順番変更の処理を実行する形状操作プロセス編集手段を備えた構成とすることにより、形状操作プロセスの追加、削除および順番変更の処理を柔軟に実行することが可能である。その結果、設計変更の要求に容易に対応できる。
【００１９】
さらに、作成された形状データと算出された前記形状の加工性、組立て効率およびコストとが対応させて記憶される形状データベースを備えた構成とすることができる。
【００２０】
本発明においては、本ＣＡＤシステムで作成した形状データ作成プロセスは、ＣＡＭを利用したＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとの連携性が高いので、設計プロセスと製造加工プロセスとにおいて設計意図を共有し、設計意図を製造現場に反映し易くなる。
【００２１】
いずれの形状データ作成装置においても、インターネットなどを介して得られる外部データを参照して加工精度，信頼性，加工コストなどの属性を更新しまたは拡充する外部データ処理インターフェイスを備えることができる。
【００２２】
本発明においては、インターネットなどを介した外部調達手段を用いて設計者が所望する加工手段または組立て手段のデータを得ることが容易なので、データベースの更新，拡充が可能となり、より適切な加工手段または組立て手段を選択できる。
【００２３】
また、複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを比較して表示する表示手段を備えてもよい。
【００２４】
本発明においては、複数の操作プロセスを比較表示し、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【００２５】
従来技術では、穴あけならワーク材質，工具径，主軸回転数などのパラメータによって、単一の加工動作に対する関数で、加工性，組立て効率，製造コストなどを評価していた。
【００２６】
これに対して、本発明においては、各種の加工手段や組立て手段を格納したデータベースを備え、具体的な加工手段または組立て手段を包含する一連の形状操作プロセスを単位として扱い、この単位毎にＣＡＤデータを作成し、製品の加工性，組立て効率，コストなどを評価する。
【００２７】
複数の加工・組立てプロセスを合体してＣＡＤデータを作成するために抽象的な形状操作コマンドを用いると、設計段階における部品加工や組立ての取扱い易さと後段のＣＡＭシステムへの連携性とが向上する。
【００２８】
本発明においては、最終的な加工後の形状を得るための複数の手段が画面上で選択可能であり、選択された手段に応じて、加工コストや組立て効率が評価される。
【００２９】
また、設計変更を容易にするため、加工および組立てプロセスの追加，削除，順番変更などを処理する手段を設ける。
【００３０】
３次元の形状データは、加工操作プロセスに直結するコマンドを使って作成しているので、形状データの作成プロセスとＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとを連携させ、設計意図を製造段階に反映できる。
【００３１】
所望する仕様の加工手段または組立て手段のデータを得るために、インターネットなどを介して外部調達先からも新しい加工手段や組立て手段を追加し、既存データをタイムリーに更新し、データベースを常に最新の状態に保ち、最適な加工手段または組立て手段を選択できるようにする。なお、外部調達先には、自社の他部門のみならず、インターネットを介した第三者も含むようにしてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図１９を参照して、本発明による形状データ作成方法および形状データ作成装置の実施形態を説明する。
【００３３】
図１は、本発明による形状データ作成装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の形状データ作成装置は、形状データ作成手段１０１と、入力装置１０９と、出力装置１１０と、操作手段データベース１１１と、外部データ処理インターフェイス１１２と、プロセスデータベース１１４と、形状データベース１１５とから構成される。
【００３４】
形状データ作成手段１０１は、対話型操作インターフェイス手段１０２と、形状操作コマンド実行手段１０３と、形状操作手段選択手段１０４と、加工性，組立て効率，コスト集計手段１０５と、形状操作プロセス編集手段１０６と、プロセス読込み／記録手段１０７と、ＣＡＤデータ入出力手段１０８とからなる。
【００３５】
形状データ作成手段１０１は、主に対話的に３次元ＣＡＤデータを作成する処理を支援する装置である。
【００３６】
対話型操作インターフェイス手段１０２は、３次元ＣＡＤデータを作成するために入力されたコマンド(形状編集，形状操作プロセスの入出力，形状操作プロセスの編集，形状データの入出力など)を解釈し、実行を制御する。
【００３７】
形状操作コマンド実行手段１０３は、対話型操作インターフェイス手段１０２で指定された形状の加工や組立て操作を実行する。
【００３８】
形状操作手段選択手段１０４は、形状操作コマンド実行手段１０３から出力された３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における曲げ，切削，穴あけなどの加工操作と接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作とに対応する命令に基づいて、加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工コストなどに係わる具体的な加工手段または組立て手段を操作手段データベース１１１から取り出し、取り出した複数の候補の中から選択する。
【００３９】
加工性，組立て効率，コスト集計手段１０５は、それぞれの形状操作プロセス(加工・組立てプロセス)に設定された属性データから得られた個々の加工性，組立て効率，コストなどを演算して出力するとともに、作成された全体形状の加工性，組立て効率，コストなどの総合値を求めて出力する。
【００４０】
形状操作プロセス編集手段１０６は、設計変更のニーズなどに基づいて、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における加工操作，組立て操作のプロセスの追加，削除，順番変更などの処理をする。
【００４１】
プロセス読込み／記録手段１０７は、加工および組立てのプロセスを形状操作プロセス編集手段１０６とプロセスデータベース１１４との間で入出力する手段である。プロセス読込み／記録手段１０７は、形状操作プロセス編集手段１０６で用いる形状操作プロセスのデータをプロセスデータベース１１４に登録したり、過去に操作したプロセスの履歴データなどをプロセスデータベース１１４から読み出す。
【００４２】
ＣＡＤデータ入出力手段１０８は、本システムにより作成された３次元ＣＡＤデータを名前を付けて形状データベース１１５に登録し、既存のＣＡＤデータを指定して形状データベース１１５から読み出す。
【００４３】
入力装置１０９および出力装置１１０は、キーボード，マウス，ディスプレイ，プリンタなどの一般的な機器である。
【００４４】
操作手段データベース１１１は、形状操作手段選択手段１０４で選択された形状データの作成における穴あけ，切削，曲げなどの加工操作または接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作に対応する具体的な加工手段または組立て手段を蓄積するデータベースである。操作手段データベース１１１は、加工操作および組立て操作の単位毎に、加工精度，信頼性，加工コストなどの属性を保持している。
【００４５】
外部データ処理インターフェイス１１２は、加工手段または組立て手段を蓄積する操作手段データベース１１１内部に所望する仕様の性能やコストを満足するデータが存在しない場合に、インターネット１１３などを介し外部調達手段を活用して、要求する加工手段または組立て手段を獲得するために、データを取り込み、操作手段データベース１１１を更新または拡充し、適切な加工手段または組立て手段を選択できるようにする。
【００４６】
ネットワーク１１３は、ＬＡＮ，インターネットに代表されるネットワークである。
【００４７】
プロセスデータベース１１４は、形状操作プロセス編集手段１０６で作成された３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成における加工操作プロセス，組立て操作のプロセスを蓄積して再利用するためのデータベースである。
【００４８】
形状データベース１１５は、本システムによって作成された３次元ＣＡＤデータを格納するデータベースである。
【００４９】
従来、例えば、穴あけは、ワーク材質，ドリル径，回転数などのパラメータに基づいて、単一の加工動作に対する関数で、コスト，加工性を評価していた。
【００５０】
これに対して、本発明では、加工や組立て手段を各種取り揃えた操作手段データベース１１１を備え、加工や組立ての一連のプロセス群を単位として扱う。
【００５１】
例えば、切削加工の場合では、特定の形状を得るための工具や治工具の選択から、荒削り，仕上げ加工に至る一連のプロセスを単位としてデータベースに格納する。
【００５２】
その結果、加工後の形状を得るための複数の手段を画面上で選択可能となり、それぞれの手段による加工コスト，組立て効率などを評価できる。
【００５３】
図２は、製作対象の３次元ＣＡＤ形状の一例を示す斜視図である。本形状は、部品２０１と部品２０２とからできており、それぞれ別個に加工した後、組立てプロセスで接合される。
【００５４】
加工操作としては、曲げ，穴あけ，切削などのコマンドを用意し、それぞれの加工操作毎に品質やコストにかかわる加工手段を関連付けておく。
【００５５】
組立て操作としては、接続，はめ合わせなどのコマンドを用意し、例えば、接続の場合には、接続手段としてねじ，溶着，接着などの組立て手段を関連付けておく。
【００５６】
図３は、図２の製作対象の形状を分解して示す斜視図である。加工操作では、板状の素材に、曲げ３０１，３０４，穴あけ３０２，切削による角取り３０３，曲げ３０４の操作をする。
【００５７】
加工操作において、曲げ，穴あけ，切削などの順番は、製品に求められる品質，加工性，加工コスト，組立て効率などに関係しており、さまざまな組合せが存在する。また、各加工方法にも、同様に、さまざまな手段が存在する。
【００５８】
本システムでは、加工コストは高いが加工性が良い，加工性が良く加工コストも安い，加工性は悪いが加工コストが安い，組立て効率が良い，製作コストが安いなどの指標として、適切な加工条件を選択するための情報を提供する。
【００５９】
図４は、図２の部品２０１の加工手順のパターンを模式的に示す図である。素材形状４０１上の破線は、切削部分を示している。部材４０２は最初に曲げ操作した形状、部材４０３は最初に穴あけ操作した形状、部材４０４は最初に角取り操作した形状である。部材４０５，４０６，４０７は、次の加工操作で直前の状態に応じた曲げ，穴あけ，角取りをした中間形状である。部材４０８は、さらに曲げ，穴あけ，角取りをして得られた最終形状である。
【００６０】
最終形状４０８は、どのプロセスを辿ってもほぼ同じである。
【００６１】
しかし、例えば、最初に曲げてしまうと角取りや切削がしにくいとか、最初に穴をあけるとその後の曲げ位置合わせに時間がかかるなど、製品の目的によって加工手順が分かれる。
【００６２】
本発明では、このような操作手順が異なる場合に加工性，コストなどを評価するために、上流側の加工操作プロセスに依存して下流側の加工操作プロセスの加工性を補正する手段を備えた。
【００６３】
図５は、加工性を補正するパラメータの一例を示す図である。基準ポイント(Ａ)は、その操作が下流側の操作に及ぼす影響の大きさを表す。加工形状寸法による補正係数(Ｂ)は、形状全体寸法に対する加工部位寸法の相対値である。本実施形態では、基準ポイントと加工形状寸法による補正係数とを掛け合わせた値(Ａ×Ｂ)を、プロセスが追加される毎に累積していき、下流側プロセスの加工性の値に順次加算していく。
【００６４】
図６は、加工操作手順を考慮した加工性の算出例を示す図である。図６(ａ)は、図４の例において、部材４０１〜４０４〜４０７〜４０８の手順で加工した例である。説明を簡単にするために、各プロセス単体での加工性は、それぞれ１.０としている。最初の角取り時の加工性補正値の累積値は、０.０である。次の穴あけ時には、角取りにおける加工性補正値０.１が加算される。さらに、曲げ時には、角取りの加工性補正値０.１と、穴あけの加工性補正値０.３の両方が加算され、加工性の合計値は、３.５となる。
【００６５】
図６(ｂ)は、図４の例において、部材４０１〜４０２〜４０５〜４０８の手順で加工した例である。図６(ａ)と同様に、各プロセス単体での加工性は、それぞれ１.０としている。最初の曲げ時の加工性補正値の累積値は、０.０である。次の穴あけ時には、曲げにおける加工性補正値２.０が加算される。さらに角取り時には、曲げの加工性補正値２.０と、穴あけの加工性補正値０.３の両方が加算され、加工性の合計値は、７.３となる。
【００６６】
このようにして加工操作手順を考慮した加工性を算出する。
【００６７】
操作手順による加工性に有意差がない場合には、基準ポイントと加工形状寸法による補正係数とを掛け合わせた値にさらに適当な係数(０.１や１０など)を乗じると、操作手順による加工性に有意差を持たせることも可能である。
【００６８】
なお、本ＣＡＤシステムで作成された３次元ＣＡＤデータの形状操作プロセスは、実際に製品を加工するためのＣＡＭのプロセスにダイレクトに引き継いで利用できるので、３次元ＣＡＤデータ作成時における設計意図を製造プロセスに反映することが可能になる。
【００６９】
図７は、形状の加工操作における穴あけ加工メニューの一例を示す図である。被加工材の材質，加工直径，工程距離(穴あけ深さ)を入力する。さらに、加工の仕様上必要であれば、加工速度目標と加工精度目標とを入力する。操作手段データベース１１１には、加工プロセスまたは組立てプロセスの一連のプロセスを単位とし、この単位毎に加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工速度，加工性，加工コストを蓄積している。
【００７０】
加工精度，加工速度は、加工手段データを登録する際に手入力する。
【００７１】
加工コストは、単一の加工動作について、材質，加工工程，使用する工具の種類などのパラメータに基づき評価関数を用いて求められた加工コストを一連の加工プロセスを単位として累積したデータである。
【００７２】
本システムを利用するにつれて、操作手段データベース１１１は、更新され拡充される。コスト評価の精度を高めるために、システムの操作者が経験則によって加工コストを補正してもよい。
【００７３】
図８は、形状の加工操作における切削加工メニューの一例を示す図である。被加工材の材質および加工深さと加工面積を入力する。
【００７４】
図９は、切削加工対象形状の一例を示す図である。切削加工対象形状は、加工深さ９０１と、切削加工面９０２とをパラメータとして規定される。この部分の面積は、３次元ＣＡＤからも容易に求められるので、自動的に設定してもよい。
【００７５】
図１０は、具体的な加工プロセスの一例を示す図である。荒削りから中仕上げを経て仕上げまでの一連のプロセスを単位として加工操作する。３次元ＣＡＤ上では、図９で示した完成形状を単位として操作するので、３次元ＣＡＤの操作者が直接的に加工方法を意識する必要はない。操作手段データベース１１１には、図１０に示したような、荒削り，中仕上げ，仕上げの各プロセスで使用する工具，主軸回転数，切削ピッチなどの加工方法が蓄積されている。この例の加工コストは、工具，回転数，切削ピッチなどのパラメータに基づいて前記手法により求められる。
【００７６】
個々のプロセスの加工コストを合計した値が、図９に示した切削対象形状の加工コストとなる。
【００７７】
図１１は、切削の場合の特殊な例として、形状の加工操作における溝加工メニューの一例を示す図である。
【００７８】
図１２は、溝加工対象形状の一例を示す図である。規格品の工具を使用して、一定幅の溝１２０１を削り出す。実際の動作は、通常の切削と同様であるが、設計意図を分かり易くするために、加工手段のメニューを充実させた。
【００７９】
図１３は、曲げ加工における加工手段の一例を示す図である。図１３の場合には、被加工素材１３０１を治工具で固定しておき、工具１３０２を下方へ動作させ、または、工具１３０３を上方に動作させ、曲げ加工する。
【００８０】
図１４は、曲げ加工における加工手段の別の例を示す図である。図１４の場合には、予め溝を掘った台１４０２上に被加工素材１４０１を配置し、上方の工具１４０３を押し込み、曲げ加工する。
【００８１】
図１３および図１４に示したように、異なった工具と加工方法とによっても、同様に曲げ加工できる。被加工素材の寸法，要求される加工精度，加工コストに応じて、加工手段を選択可能である。曲げ加工においても、穴あけ加工メニューや切削加工メニューと同様な操作で、加工仕様を入力する。
【００８２】
要求する曲げ角度を得るために必要であれば、図１４の手段で荒加工し、その後、図１３の手段で角度を微調整するような加工プロセスの組合せも可能である。
【００８３】
図１５は、複数の加工プロセスによる加工後の形状の一例を示す図であり、図１６は、形状加工メニューの一例を示す図である。
【００８４】
このような非定型の加工プロセスは、例えば、外部調達手段を用いて入手する。設計者は、詳細なプロセスを意識する必要はなく、最終的な加工形状を得るための寸法緒元などのパラメータを入力すればよい。
【００８５】
外部調達手段における外部データ処理インターフェイス１１２は、設計者の要求する加工形状をネットワークなどを介して公開する。情報提供者は、設計者の要求に基づき、具体的なプロセス(使用する工具類と動作)を作成し、その製作にかかるコストや精度などの情報とともに、外部データ処理インターフェイス１１２に渡す。
【００８６】
図４に既に示したように、このような形状の製作プロセスは、加工性，加工コスト，加工精度に応じて、種々考えられる。
【００８７】
図１７は、形状加工プロセスの相違を示す図である。初期形状１７０１から切削加工を最初にした場合には、形状１７０２のようになり、穴あけ加工を最初にした場合には、形状１７０３のようになる。その後のプロセスで、形状１７０２を穴あけ加工し、形状１７０３を切削加工すると、最終形状の１７０４が得られる。
【００８８】
したがって、加工プロセスデータの提供者から得られる加工コスト，精度などの情報は、重要であり、設計者が、データベースから要求するデータを検索する際に必要である。
【００８９】
収集されたプロセスの妥当性は、加工シミュレーションなどの手段によって検証した後、操作手段データベース１１１に登録する。
【００９０】
設計者が提供された加工プロセスデータの精度やコストを納得して使用するために必要であれば、加工プロセスデータの提供者から、使用する工具類のデータを提供してもらうことも可能である。
【００９１】
図１８は、組立てプロセス手段の一例を示す図である。図２の形状２０１と形状２０２をねじ止め，溶接，接着する例を示している。接合手段としてねじ止めを選択した場合には、ねじ位置１８０１を指定する。
【００９２】
ねじ止めでは、ねじ穴が必要になるので、この段階で穴あけ加工する。その手順は、前述の穴あけ加工操作と同様である。穴あけ加工操作後は、形状１８０２のようになる。ねじ止めでは、ねじの材質が、組立て手段の属性の一つとして、ねじ止め接合にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９３】
接合手段として溶接を選択した場合には、溶接位置１８０３を指定する。溶接では、溶接の種類が組立て手段の属性として、溶接にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９４】
接合手段として接着を選択した場合には、接着面１８０４を指定する。接合の場合では、接着材料，硬化時間，接合後の強度が、組立て手段の属性の一つとして、接合にかかるコストとともにデータベースに登録される。
【００９５】
設計者は、これらの情報を参考にして適切な組立て方法を選択する。
【００９６】
図１９は、加工・組立てにかかる予想コストを形状作成画面上に表示した例を示す図である。
【００９７】
材料費は、例えば、被加工物の材質と体積とから求める。作成した形状の体積は、３次元ＣＡＤの機能を使っても容易に求めることができる。
【００９８】
加工性は、形状操作プロセス編集手段１０６で記憶している加工操作の総数と基準加工操作数との比で表す。ただし、すべての加工操作が同じ加工性ではないので、加工手段によって、曲げ加工は５ポイント、切削加工は３ポイントというような重み付けをしてもよい。
【００９９】
図１９の例では、加工性を５段階で表しており、記号が３個ならば標準、３個より少なければ加工性が悪く、３個より多ければ加工性が良いことを示す。
【０１００】
加工費は、それぞれの加工プロセスが属性として保持している加工費の総和である。
【０１０１】
組立て効率は、対象形状の組立て操作数と標準組立て操作数との比で表す。
【０１０２】
組立て費は、標準組立て操作数とその組立て費とから金額に換算するための係数を求めておき、今回の組立て効率に係数を乗じて求める。
【０１０３】
その他のコスト(工具，治工具，設備費など)は、形状操作プロセスの属性に設定された値を順次加算して求める。
【０１０４】
表示方法は、加工性の場合と同様である。
【０１０５】
なお、いずれの実施形態においても、複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを、例えば一覧表にして、比較表示することもできる。
【０１０６】
この場合は、複数の操作プロセスを比較表示し、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【０１０７】
本実施形態によれば、形状を作成しながら、穴あけ，切削，曲げなどの加工操作、および、接続，はめ合わせ，配置などの組立て操作に連動して、具体的な加工手段または組立て手段より得られた加工性，組立て効率，コストなどを確認できる。
【０１０８】
また、形状操作プロセス編集手段１０６において、加工・組立てプロセスの追加，削除，順番変更などの処理をした場合の加工性，組立て効率，コストなどへの影響を評価できるので、設計変更が容易である。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明においては、３次元ＣＡＤを用いた形状データの作成において、加工操作または組立て操作における加工精度，信頼性，加工コストなどに係わる具体的な加工手段または組立て手段を選択して形状データを作成する。したがって、最終的な加工後の形状を得るための複数の手段を画面上で選択可能であり、形状データを作成しながら、加工操作や組立て操作に連動し具体的な加工手段または組立て手段に応じて決定された加工性，組立て効率，コストなどを確認できる。
【０１１０】
複数の形状操作プロセスを記憶する手段と複数の形状操作プロセスを編集する手段とを用いて、形状操作プロセスの追加，削除，順番変更などの処理を柔軟に実行することが可能である。その結果、設計変更の要求に容易に対応できる。
【０１１１】
本ＣＡＤシステムで作成した形状データ作成プロセスは、ＣＡＭを利用したＮＣ機械による実際の製品製造プロセスとの連携性が高いので、設計プロセスと製造加工プロセスとにおいて設計意図を共有し、設計意図を製造現場に反映し易くなる。
【０１１２】
インターネットなどを介した外部調達手段を用いて設計者が所望する加工手段または組立て手段のデータを得ることが容易なので、データベースの更新，拡充が可能となり、より適切な加工手段または組立て手段を選択できる。
【０１１３】
複数の加工操作または組立て操作候補に関する形状の加工性，組立て効率，コストを、例えば一覧表にして、比較表示すると、設計者が、重視した加工性，組立て効率，コストのいずれかの順位に基づいて最適と考える操作プロセスを容易に選択し、後続のＣＡＭシステムまたはＣＡＥシステムに反映できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による形状データ作成装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】製作対象の３次元ＣＡＤ形状の一例を示す斜視図である。
【図３】図２の製作対象の形状を分解して示す斜視図である。
【図４】図２の部品２０１の加工手順のパターンを模式的に示す図である。
【図５】加工性を補正するパラメータの一例を示す図である。
【図６】加工操作手順を考慮した加工性の算出例を示す図である。
【図７】形状の加工操作における穴あけ加工メニューの一例を示す図である。
【図８】形状の加工操作における切削加工メニューの一例を示す図である。
【図９】切削加工対象形状の一例を示す図である。
【図１０】具体的な加工プロセスの一例を示す図である。
【図１１】形状の加工操作における溝加工メニューの一例を示す図である。
【図１２】溝加工対象形状の一例を示す図である。
【図１３】曲げ加工における加工手段の一例を示す図である。
【図１４】曲げ加工における加工手段の別の例を示す図である。
【図１５】複数の加工プロセスによる加工後の形状の一例を示す図である。
【図１６】形状加工メニューの一例を示す図である。
【図１７】形状加工プロセスの相違を示す図である。
【図１８】組立てプロセス手段の一例を示す図である。
【図１９】加工・組立てにかかる予想コストを形状作成画面上に表示した例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 形状データ作成手段
１０２ 対話型操作インターフェイス手段
１０３ 形状操作コマンド実行手段
１０４ 形状操作手段選択手段
１０５ 加工性，組立て効率，コスト集計手段
１０６ 形状操作プロセス編集手段
１０７ プロセス読込み／記録手段
１０８ ＣＡＤデータ入出力手段
１０９ 入力装置
１１０ 出力装置
１１１ 操作手段データベース
１１２ 外部データ処理インターフェイス
１１３ ネットワーク
１１４ プロセスデータベース
１１５ 形状データベース
２０１ 製作対象の３次元ＣＡＤ形状の構成部品
２０２ 製作対象の３次元ＣＡＤ形状の構成部品
３０１ 曲げ加工操作部位
３０２ 穴あけ加工操作部位
３０３ 切削加工操作部位
３０４ 曲げ加工操作部位
４０１ 素材形状
４０２ 最初に曲げた形状
４０３ 最初に穴をあけた形状
４０４ 最初に角を取った形状
４０５ 次に角を取る形状
４０６ 次に穴をあける形状
４０７ 次に曲げる形状
４０８ 最終形状
９０１ 切削加工深さ
９０２ 切削加工面
１２０１ 溝加工を施す部位
１３０１ 曲げ加工対象形状
１３０２ 曲げ加工工具の構成部品
１３０３ 曲げ加工工具の構成部品
１４０１ 曲げ加工対象形状
１４０２ 曲げ加工工具の構成部品
１４０３ 曲げ加工工具の構成部品
１７０１ 加工前の初期形状
１７０２ 切削加工後の形状
１７０３ 穴あけ加工後の形状
１７０４ 加工後の形状
１８０１ 部品接合時のねじ締結位置表示
１８０２ ねじ穴をあけた後の形状
１８０３ 部品接合時の溶接位置表示
１８０４ 部品接合時の接着面表示
Claims (6)
- ３次元ＣＡＤを用いる形状データ作成装置において、
加工操作または組立て操作に対応する具体的な複数の加工手段または組立て手段が記憶され、前記加工操作毎に加工精度と加工コストが属性として、または前記組立て操作毎に組立コストが属性として記憶された操作手段データベースと、
形状データ作成時に、加工後の形状を得るための複数の前記加工手段または組立て手段を画面上に表示して選択可能とする形状操作手段選択手段と、
選択された前記加工手段と該加工手段による前記加工精度と加工コストまたは組立て手段と該組立手段による前記組立コストに基づき、前記形状の加工性、組立て効率およびコストを算出する集計手段を備えたことを特徴とする形状データ作成装置。 - 請求項 1 に記載の形状データ作成装置において、
さらに、加工操作または組立て操作の操作プロセスが記憶されたプロセスデータベースを備え、
前記集計手段は、予め定められた加工性の補正パラメータに従って、上流側の操作プロセスに依存して下流側の操作プロセスの加工性および加工コストを補正することを特徴とする形状データ作成装置。 - 請求項２に記載の形状データ作成装置において、
さらに、前記操作プロセスの追加、削除および順番変更の処理を実行する形状操作プロセス編集手段を備えたことを特徴とする形状データ作成装置。 - 請求項２又は 3 に記載の形状データ作成装置において、
さらに、作成された形状データと算出された前記形状の加工性、組立て効率およびコストとが対応させて記憶される形状データベースを備えたことを特徴とする形状データ作成装置。 - 請求項1 乃至４のいずれか１項に記載の形状データ作成装置において、
さらに、インターネットを介して得られる外部データを参照して、前記操作手段データベースの前記加工精度と加工コストの属性を更新しまたは拡充する外部データ処理インターフェイスを備えたことを特徴とする形状データ作成装置。 - 請求項1 乃至５のいずれか１項に記載の形状データ作成装置において、
前記形状操作手段選択手段は、加工手段または組立て手段の複数の候補に対応する前記形状の加工性、組立て効率およびコストを表示手段に比較して表示することを特徴とする形状データ作成装置。
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