JP6653569B2 - 板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の数値的シミュレーション - Google Patents

Description

本発明は、概して、板状金属加工すなわちプレス加工（stamping）工程（例えば深絞り加工（deep drawing））をシミュレートするためのコンピュータ支援工学解析に関し、特に、板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行うための方法およびシステムに関する。

板状金属加工は、ブランクシートメタル（板状金属）から金属部品を生産するために産業界において長年用いられている。例えば、自動車メーカーや部品サプライヤーは板状金属加工を用いて、多くの部品を生産している。最も利用される板状金属加工工程のうちの一つは、絞り加工又はプレス加工と呼ばれるものである。

一般に、ブランクシートメタルは、被トリム部分（trimmed part）（残しておきたい（desired-to-be-kept）部分、ときに親部分とも呼ばれる）と、少なくとも一つのスクラップ部（必要でない余分な材料）と、を含む絞り部分（drawn part）（すなわちプレス加工された板状金属（stamped sheet metal））に成形される。少なくとも一つのスクラップ部分がトリミング作業においてトリムされ、すなわち切り取られ、これにより被トリム部分が形成される。絞り部分が部分的に絞られたか、あるいは、完全に絞られたかに応じて、被トリム部分は、最終製品になることもあり、又は、最終製品とならない場合もある。また、最終製品となるか否かは、トリミング作業が中間的なものかあるいは最終的なものかにも依る。トリミング作業は、発生したスクラップ部分をスクラップ回収部へと排出するスクラップシュートを有するトリムダイにおいて行われる。トリミングおよび発生したスクラップの落下は、板状金属スタンピング製造工程の効率および生産性に影響する主要な要因又は考慮すべき項目のうちの一部である。複数ダイレクト・トリム（multiple direct trims）や、ダイレクト・トリムとカム・トリムとの組み合わせ（a mixture of direct and cam trims）や、バイパス条件（bypass condition）を含んでいる多重カム・トリム（multiple cam trims）等の困難なトリミング条件では、切り取られたスクラップが引っ掛かって、上部のトリム鋼（trim steels）のトリムエッジ（trim edge）や下部のトリムポスト（trim post）から離れない場合がある。ダイ構造およびスクラップシュートの設計が不適切であると、スクラップがスクラップ回収部へ転落又は落下する速度が低下したり、スクラップがスクラップ回収部へ転落又は落下することが妨げられたりする場合がある。小さいスクラップ片（特にアルミニウム）はときに真っ直ぐ飛び上がることがあり、ダイ構造の領域に集まる場合がある。これらのすべての問題により、スタンピングプレス機の運転停止が起こり、一分間当たりのストローク数が低下し、何十万ドルもの生産損失がもたされる。

コンピュータ技術の登場によって、製造工程を、コンピュータ支援工学解析（例えば、有限要素解析（ＦＥＡ））を用いて数値的にシミュレートすることができる。例えば、ＦＥＡが、板状金属加工、特にトリミング作業を含む製造工程を数値的にシミュレートするために用いられている。しかしながら、従来技術のアプローチは、場当たり的（ad hoc）で扱いにくく、それゆえ問題が生じやすい、多くのマニュアルのステップが必要とされる。従来技術アプローチのうちの一つでは、各スクラップ部分の演算モデルを個々にマニュアルで生成する必要があり、経験的（a priori）な専門知識が必要とされることがよくあった。

金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行う方法およびシステムの改良が望まれよう。

板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行うシステムおよび方法を開示する。本発明の一の面では、一つ以上のスクラップ部分が切り取られる前のプレス加工された板状金属を表すための複数の有限要素を含んでいる有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、トリミング作業機構（trimming operation setup）の定義とが、アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムにおいて受け取られる。定義には、少なくとも一つのトリム鋼（trim steel）と、少なくとも一つのトリムポスト（trim post）と、少なくとも一つの他のダイ構造（スクラップシュートが含まれる）と、に関するそれぞれの演算モデルが含まれる。それぞれのトリム鋼の演算モデルは、一セットのカッティング・エッジノード（cutting-edge node）を、トリム鋼のカッティング・エッジおよび方向を定義する対応するトリムベクトル（trim vector）と共に含んでいる。

対応するトリムベクトルによって定義される方向に、それぞれのセットのカッティング・エッジノードをＦＥＡモデルへと投影することによって、ＦＥＡモデル上に少なくとも一つのトリム線が設定される。その結果、少なくとも一つの有限要素が、前記の少なくとも一つのトリム線と交差する。

前記の少なくとも一つのトリム線に沿って、少なくとも一つの交差する有限要素の縁部との交点において、一連のノード・ペアが生成される。それぞれのノード・ペアは、同一座標を有する二つのノードを有しており、二つのノードが初めに数値的制約（numerical straint）を用いて互いに数値的に接続されている。

少なくとも一つの交差する有限要素のそれぞれを二つ以上の新しい有限要素へと、それぞれの新しい有限要素を適切な大きさとして元の幾何学的形状（geometry)を維持しかつ数値的安定性が得られるように、分割することによってＦＥＡモデルが変更される。それぞれの新しい有限要素が、何れの新しい有限要素も、前記の少なくとも一つのトリム線を跨がないように、対応するノード・ペアにおける二つのノードのうちの一方を用いて定義される。つまり、前記の少なくとも一つのトリム線の、一方の側にある有限要素は、数値的制約を通してのみ、前記の少なくとも一つのトリム線の、他方の側にある有限要素に接続されている。

変更されたＦＥＡモデルの有限要素は、前記の少なくとも一つのトリム線によって分離され、第一グループおよび第二グループへと分割される。第一グループが剛体の有限要素によってモデル化される被トリム部分を表しており、第二グループが変形可能な有限要素によってモデル化される一つ以上のスクラップ部分を表している。

そして、変更されたＦＥＡモデルを、受け取られたトリミング作業機構の定義と共に用いて、トリミング作業の時間進行シミュレーションが実行される。時間進行シミュレーションにおけるそれぞれのソリューションサイクルにおいて、一つ以上のノード・ペアがカッティング・エッジノードのうちの一つに達したと判断されたとき、該一つ以上のノード・ペアの数値的制約が解除される。数値的制約の解除に応じて、および、少なくとも一つのトリム鋼、少なくとも一つのトリムポスト、および少なくとも一つの他のダイ構造との接触に応じて、第二グループの有限要素が変形するとき、一つ以上のスクラップ部分の数値的にシミュレートされた構造的挙動が取得される。

本発明の目的、特徴および利点は、添付した図面を参照し、以下の本発明の実施の形態の詳細な説明を考察することによって明らかとなろう。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲および添付した図面を考慮してより理解されよう。図面は次の通りである。

図１Ａおよび図１Ｂは、集合的に、本発明の一実施形態に係る、板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行する例示的なプロセスを示すフローチャートである。 図１Ａおよび図１Ｂは、集合的に、本発明の一実施形態に係る、板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行する例示的なプロセスを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る例示的なトリミング作業機構を示す図である。 本発明の一実施形態に係る例示的なトリミング作業機構を示す図である。 本発明の一実施形態に係るトリム鋼のカッティング・エッジを表す例示的なセットのカッティング・エッジノードを示す図である。 本発明の一実施形態に係るトリム鋼のカッティング・エッジを表す例示的なセットのカッティング・エッジノードを示す図である。 本発明の一実施形態に係る、被トリム部分およびスクラップ部分を有する例示的なプレス加工された板状金属（stamped sheet metal）を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＦＥＡモデルに設定される例示的なトリム線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、種々の例示的なＦＥＡモデル変更およびノード・ペア生成方式を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、種々の例示的なＦＥＡモデル変更およびノード・ペア生成方式を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、種々の例示的なＦＥＡモデル変更およびノード・ペア生成方式を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、種々の例示的なＦＥＡモデル変更およびノード・ペア生成方式を示す図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態に係る、例示的な数値的制約解除方式を示す一連の図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態に係る、例示的な数値的制約解除方式を示す一連の図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態に係る、例示的な数値的制約解除方式を示す一連の図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一実施形態に係る、例示的な数値的制約解除方式を示す一連の図である。 本発明の一の実施形態に係る、互いに交差する二本の例示的なトリム線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、例示的な簡略化絞りビードモデル（simplified draw bead model）を示す図である。 本発明の一実施形態を実現可能である例示的なコンピュータの主要な部品を示す機能ブロック図である。

まず図１Ａ〜１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態に係る、板状金属加工（sheet metal forming）におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行する例示的なプロセス１００のフローチャートが集合的に示されている。

アクション１０２において、一つ以上のスクラップ部分が切り取られる前のプレス加工された板状金属（stamped sheet metal）を表す複数の有限要素（例えば二次元シェル要素）を含んでいるＦＥＡモデルと、トリミング作業機構の定義と、をアプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステム（例えば図１０におけるコンピュータシステム１０００）が受け取ることによって、プロセス１００はスタートする。ＦＥＡモデルを、板状金属の、数値的にシミュレートされたプレス動作（stamping operation）後の、結果として得られるモデル（resulting model）とすることができる。トリミング作業機構は、少なくとも一つのトリム鋼と少なくとも一つのトリムポストとに関する演算モデルを、少なくとも一つの他のダイ構造（例えばスクラップシュート）に関する演算モデルと共に有する。少なくとも一つのトリム鋼のそれぞれの演算モデルは、それぞれのトリム鋼のカッティング・エッジ（cutting-edge）を表す一セットのカッティング・エッジノードと、それぞれのトリム鋼の切断方向を表す対応するトリムベクトルと、を含んでいる。

図２Ａは、トリム鋼２１０ａと、トリムポスト２１８ａ（固定）と、一の他のダイ構造２１９ａ（固定）と、を有する第一例のトリミング作業機構を示す。トリム鋼２１０ａは、スクラップ加工された板状金属のスクラップ部分２０４ａを、トリムベクトル２２０ａによって定義された切断方向に、トリム鋼のカッティング・エッジ２１２ａに沿って切り取る（トリミングする）ために用いられる。トリミング作業の結果、プレス加工された板状金属の被トリム部分（trimmed portion）２０２ａは残される。

図２Ｂに、トリム鋼２１０ｂと、トリムポスト２１８ｂ（固定）と、一の他のダイ構造２１９ｂ（固定）と、を有する第二例のトリミング作業機構を示す。また、トリム鋼のカッティング・エッジ２１２ｂと、トリムベクトル２２０ｂと、スクラップ部分２０４ｂと被トリム部分２０２ｂと、を示している。第二例の機構の違いは、トリムベクトル２２０ｂがプレス加工された板状金属に対して垂直でないことにある。第二の機構はカム・トリム（cam trim）と呼ばれることがあり、一方、第一機構はダイレクト・トリム（direct trim)と呼ばれることがある。

例示的な二つのセットのカッティング・エッジノードを図３Ａ〜図３Ｂに示す。直線状のカッティング・エッジ３１０は二つのカッティング・エッジノード３１２ａ〜３１２ｂによって表されており、一方、湾曲したカッティング・エッジ３２０は多数のカッティング・エッジノード３２２ａ，３２２ｂ，・・・，３２２ｎによって表されている。上記例示的な機構においては、一つのトリム鋼、一つのトリムポスト、および一つのダイ構造を示したが、本発明ではトリム鋼、トリムポスト、およびダイ構造の数は限定されない。例えば、二つのトリム鋼と、二つのトリムポストと、四つのダイ構造と、を有するものであってもよく、二つのトリム鋼と、一つのトリムポストと、八つのダイ構造と、を有するものであってもよい。

次に、アクション１０４において、対応するトリムベクトル（例えばトリムベクトル２２０ａ）によって定義された方向に、それぞれのセットのカッティング・エッジノード（例えばカッティング・エッジノード３２２ａ〜３２２ｎ）をＦＥＡモデルへと投影させることによって、アプリケーションモジュールによってＦＥＡモデル上に少なくとも一つのトリム線が設定される。その結果、少なくとも一つの有限要素が、前記の少なくとも一つのトリム線と交差する。図４は、三本のトリム線４１５ａ〜４１５ｃによって分離された、被トリム部分４１０と二つのスクラップ部分４２０ａ〜４２０ｂとを有するプレス加工された板状金属を表す部分的なＦＥＡモデルを示す図である。二つのスクラップ部分４２０ａ〜４２０ｂは、スクラップトリミング作業において、トリム線４１５ａ〜４１５ｃに沿って切り離される。トリム線４１５ｂに対応するトリムポストは、「スクラップカッター」と呼ばれることもある。スクラップカッターは、スクラップ回収部（scrap collector）へ落下しやすくするため、一つの大きいスクラップ片を二つのより小さいスクラップ片に分割する。

次にアクション１０５において、前記の少なくとも一つのトリム線に沿って、少なくとも一つの交差する有限要素の縁部との交点において一連のノード・ペアが生成される。各ノード・ペアは、同一座標を有する二つのノードを有する。二つのノードは初めに数値的制約を用いて互いに数値的に接続されている。

トリム線を設定する例示的な方式を図５に示す。演算モデルは、一セットのカッティング・エッジノード５１１ａ〜５１１ｃによって表されるカッティング・エッジ５１２を有するトリム鋼５１０を表している。一セットのカッティング・エッジノード５１１ａ〜５１１ｃは、対応するトリムベクトルによって定義される方向５１５（点線矢印）に、ＦＥＡモデル５２０（部分的なＦＥＡメッシュとして示す）上へと投影され、トリム線５２２が形成される。トリム線５２２は、ＦＥＡモデル５２０における多数の有限要素と交差する。一連のノード・ペア５２１ａ〜５２１ｎは、トリム線５２２に沿って、交差する有限要素の縁部との交点において生成される。

その後、アクション１０６において、交差する有限要素のそれぞれを二つ以上の新しい有限要素へと、それぞれの新しい有限要素を適切な大きさとして元の幾何学的形状（geometry）を維持しかつ数値的安定性が得られるように、分割することによってＦＥＡモデルが変更される。一例においては、ＦＥＡモデルにおける他の有限要素と比較して、そのサイズが小さすぎる新しい有限要素は、数値的不正確性を引き起こすおそれがある。他の例においては、新しい有限要素は、数値的不正確性が生じ得ないほど大きい縦横比（aspect ratio）を有する場合もある。それぞれの新しい有限要素が、ＦＥＡモデルの何れの有限要素も、前記少なくとも一つのトリム線を跨がないように、対応ノード・ペアにおける二つのノードのうちの一方を用いて定義される。言い換えれば、前記の少なくとも一つのトリム線の異なる側に位置する二つの有限要素間の接続は、数値的制約を通じてのみ行われる。図６Ａ〜図６Ｄに示す要素を分割する種々の例示的な方式は、本発明の一実施形態に係るＦＥＡモデルがどのように変更されるかを示している。

図６Ａにおいては、有限要素６１０はトリム線６５０と交差する。二つのノード・ペア６１１ａ〜６１１ｂ，６１２ａ〜６１２ｂが生成される。ノード６１１ａおよびノード６１１ｂは同一座標を有し、数値的制約（ここでは図示しないが、例えば図７Ａにおける数値的制約７８８ａ〜７８８ｅを参照）を用いて互いに数値的に接続される。有限要素６１０は、二つの新しい有限要素６１５〜６１６へと分割される。第一の新しい有限要素６１５は、ノード６１１ａ，６１２ａを用いて定義され、そして、第二の新しい有限要素６１６はノード６１１ｂ，６１２ｂを用いて定義される。その結果、第一の新しい有限要素６１５および第二の新しい有限要素６１６は、トリム線６５０を跨がずに、トリム線６５０の両側に配置される。

図６Ｂにおいては、二つの有限要素６２０，６２４がトリム線６６０と交差する。図６Ａに示す要素分割方式を用いた場合、有限要素６２４の分割から生じる二つの新しい有限要素のうちの一方が小さくなりすぎ、そのため、数値的問題が生じるおそれがある。代わりに、二つの新しい有限要素６２５〜６２６が、新しい有限要素６２５，６２６がトリム線６６０に両側に配置されるよう、ノード・ペア６２１ａ〜６２１ｂ，６２２ａ〜６２２ｂにおけるそれぞれのノードを用いて再定義される。

次の例示的な要素分割方式を図６Ｃに示す。（図６Ｂに示した）同じ二つの有限要素６２０，６２４がトリム線６６０と交差している。しかしながら、生じる新しい有限要素は異なっている。トリム線６６０の一方の側では、有限要素６２０は、ノード６２１ａ，６２２ａを用いて定義される二つの新しい有限要素６２７ａ〜６２７ｂになる。トリム線６６０の他方の側では、有限要素６２４は、ノード６２１ｂ，６２２ｂを用いて定義される新しい有限要素６２８ａ〜６２８ｂへと分割される。

さらに次の例示的な要素分割方式を図６Ｄに示す。二つの有限要素６４０，６４４がトリム線６８０と交差している。三つのノード・ペア６４１ａ〜６４１ｂ，６４２ａ〜６４２ｂ，６４３ａ〜６４３ｂが、有限要素６４０，６４４の縁部とトリム線６８０と間の交点に生成される。有限要素６４０は、トリム線６８０の一方の側においてノード６４１ａ，６４３ａ，６４２ａを用いて定義される二つの新しい有限要素６４５ａ，６４５ｂに分割される。トリム線６８０の他方の側では、有限要素６４４が、ノード６４１ｂ，６４３ｂ，６４２ｂを用いて定義される二つの新しい有限要素６４６ａ，６４６ｂへと分割される。

ＦＥＡモデルが変更された後、アクション１０８において、変更されたＦＥＡモデルにおける有限要素は、少なくとも一つのトリム線によって分離された第一グループおよび第二グループへと分割される。第一グループは、被トリム部分（つまり、残しておきたい部分（the portion desired to be kept）を表しており、剛体の有限要素（つまり、変形しない有限要素）を用いてモデル化される。第二グループは、変形可能な有限要素を用いてモデル化される、一つ以上のスクラップ部分を表している。

最後に、アクション１１０において、変更されたＦＥＡモデルを、受け取ったトリミング作業機構と共に用いて、トリミング作業の時間進行シミュレーションが実行される。時間進行シミュレーションにおけるそれぞれのソリューションサイクルにおいて、一つ以上のノード・ペアが（少なくとも一つのトリム鋼の）カッティング・エッジノードのうちの一つに達したと判断されたとき、一つ以上のノード・ペアの数値的制約が解除される。数値的制約の解除に応じて、および、少なくとも一つのトリム鋼、少なくとも一つのトリム・ポスト、および少なくとも一つの他のダイ構造との接触に応じて、第二グループの有限要素が変形するとき、一つ以上のスクラップ部分の数値的にシミュレートされた構造的挙動が取得される。

図７Ａ〜図７Ｄは、数値的制約の例示的な解除方式を示す一連の図を示す。初めに、数値的制約７８８ａ〜７８８ｅが、それぞれのノード・ペア７２１ａ〜ｂ，７２２ａ〜ｂ，７２３ａ〜ｂ，７２４ａ〜ｂ，７２５ａ〜ｂをすべての自由度（ＤＯＦ：degree of freedom）に関して数値的に接続する。視覚的に理解するために、隙間を示している（しかし、ノード・ペアにおける二つのノードのノード座標は同一であるので、隙間は存在していない）。

時間進行シミュレーションが移行していき、図７Ｂでは、数値的制約７８８ａが解除されている。図７Ｃでは、さらに二つの制約７８８ｂ，７８８ｃが解除されている。図７Ｄでは、さらに一つの数値的制約７８８ｄが解除されている。各数値的制約が解除されると、一つ以上のスクラップ部分の切り取りが数値的にシミュレートされる。数値的制約の解除シーケンスは、少なくとも一つのトリム鋼のカッティング・エッジノードとの接触に応じて、任意の順とできる。

図８は、交点８３０で交差するトリム線８１０およびトリム線８２０を示す。二本のトリム線が互いに数値的に交差するよう、生成されたそれぞれのトリム線は、初期値又はユーザが指定した入力値によって追加長さ（破線）が延長される。さらに、ＦＥＡモデルにおいて引き継がれる数値的不正確性に対処するために、カッティング・エッジノードとノード・ペアとの間の接触を検出するよう許容誤差（tolerance）が追加される。

図９は、絞りビード(draw beads)９１０（つまり板状金属を保持するすなわち締め付けるための位置）に用いられる粗なモデリング技法（crude modeling technique）の例を示す。スクラップノードが、スクラップカッターすなわちトリムポストに対して板状金属厚さの半分の距離未満に位置する場合、スクラップとスクラップカッターすなわちトリム・ポストとの間に初期干渉が生じ、数値的不安定性が生じるおそれがある。これらのノードは無視し、少なくとも一つのトリム鋼のカッティング・エッジノードとの干渉から解放することができる。これは、どのノードを除外するすなわち解放する必要があるかを示すユーザ定義のオプションにより行うことができる。

一の態様において、本発明は、ここに説明した機能を実行可能な一つ以上のコンピュータシステムに対してなされたものである。コンピュータシステム１０００の一例を、図１０に示す。コンピュータシステム１０００は、プロセッサ１００４など一つ以上のプロセッサを有する。プロセッサ１００４は、コンピュータシステム内部通信バス１００２に接続されている。種々のソフトウェアの実施形態を、この例示的なコンピュータシステムの点から説明する。この説明を読むと、他のコンピュータシステムおよび／又はコンピューターアーキテクチャーを用いて、いかにして本発明を実行するかが、関連する技術分野に習熟している者には明らかになるであろう。

コンピュータシステム１０００は、また、メインメモリ１００８好ましくはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を有しており、そして二次メモリ１０１０を有することもできる。二次メモリ１０１０は、例えば、一つ以上のハードディスクドライブ１０１２、および／又はフレキシブルディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブなどを表す一つ以上のリムーバブルストレージドライブ１０１４を有することができる。リムーバブルストレージドライブ１０１４は、よく知られている方法で、リムーバブルストレージユニット１０１８を読み取りおよび／又はリムーバブルストレージユニット１０１８に書き込む。リムーバブルストレージユニット１０１８は、リムーバブルストレージドライブ１０１４によって読み取り・書き込みされるフレキシブルディスク、磁気テープ、光ディスクなどを表す。以下にわかるように、リムーバブルストレージユニット１０１８は、コンピューターソフトウェアおよび／又はデータを内部に記憶しているコンピュータ可読記憶媒体を有している。

代替的な実施形態において、二次メモリ１０１０は、コンピュータプログラムあるいは他の命令をコンピュータシステム１０００にロードすることを可能にする他の同様な手段を有することもできる。そのような手段は、例えば、リムーバブルストレージユニット１０２２とインタフェース１０２０とを有することができる。そのようなものの例には、プログラムカートリッジおよびカートリッジのインタフェース（ビデオゲーム機に見られるようなものなど）と、リムーバブルメモリチップ（消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュメモリ、あるいはＰＲＯＭなど）および関連するソケットと、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージユニット１０２２からコンピュータシステム１０００に転送することを可能にする他のリムーバブルストレージユニット１０２２およびインタフェース１０２０と、が含まれうる。一般に、コンピュータシステム１０００は、プロセススケジューリング、メモリ管理、ネットワーキングおよびＩ／Ｏサービスなどのタスクを行なうオペレーティングシステム（ＯＳ）ソフトウェアによって、制御され連係される。

通信用インタフェース１０２４も、また、バス１００２に接続することができる。通信用インタフェース１０２４は、ソフトウェアおよびデータをコンピュータシステム１０００と外部装置との間で転送することを可能にする。通信用インタフェース１０２４の例には、モデム、ネットワークインタフェイス（イーサネット（登録商標）・カードなど）、コミュニケーションポート、ＰＣＭＣＩＡ(Personal Computer Memory Card International Association)スロットおよびカードなど、が含まれうる。ソフトウェアおよびデータは通信用インタフェース１０２４を介して転送される。コンピュータシステム１０００は、専用のセットの規則（つまりプロトコル）に基づいて、データネットワーク上の他の演算装置と通信する。一般的なプロトコルのうちの一つは、インターネットにおいて一般に用いられているＴＣＰ／ＩＰ（伝送コントロール・プロトコル／インターネット・プロトコル）である。一般に、通信用インタフェース１０２４は、データファイルのデータネットワーク上で伝達される小さいパケットへのアセンブリングを管理し、あるいは受信したパケットを元のデータファイルへと再アセンブルする。さらに、通信用インタフェース１０２４は、正しい宛先に届くようそれぞれのパケットのアドレス部分に対処し、あるいはコンピュータシステム１０００が宛先となっているパケットを他に向かわせることなく受信する。この書類において、「コンピュータプログラム媒体」、「コンピュータが読取り可能な媒体」、「コンピュータが記録可能な媒体」および「コンピュータが使用可能な媒体」という語は、リムーバブルストレージドライブ１０１４（例えば、フラッシュストレージドライブ）および／又はハードディスクドライブ１０１２に組み込まれたハードディスクなどの媒体を概して意味して用いられている。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム１０００にソフトウェアを提供する手段である。本発明は、このようなコンピュータプログラム製品に対してなされたものである。

コンピュータシステム１０００は、また、コンピュータシステム１０００をモニタ、キーボード、マウス、プリンタ、スキャナ、プロッタなどへのアクセスを提供する入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１０３０を有することができる。

コンピュータプログラム（コンピュータ制御ロジックともいう）は、メインメモリ１００８および／又は二次メモリ１０１０にアプリケーションモジュール１００６として記憶される。コンピュータプログラムを、通信用インタフェース１０２４を介して受け取ることもできる。このようなコンピュータプログラムが実行されると、コンピュータプログラムは、コンピュータシステム１０００がここに説明した本発明の特徴を実行することが可能になる。詳細には、コンピュータプログラムが実行されると、コンピュータプログラムは、プロセッサ１００４が本発明の特徴を実行することが可能になる。したがって、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム１０００のコントローラを表している。

ソフトウェアを用いて発明が実行される実施形態において、ソフトウェアをコンピュータプログラム製品に記憶でき、リムーバブルストレージドライブ１０１４、ハードディスクドライブ１０１２あるいは通信用インタフェース１０２４を用いてコンピュータシステム１０００へとロードすることができる。アプリケーションモジュール１００６は、プロセッサ１００４によって実行された時、アプリケーションモジュールによって、プロセッサ１００４がここに説明した本発明の機能を実行する。

所望のタスクを達成するために、Ｉ／Ｏインタフェース１０３０を介したユーザ入力によってあるいはよることなしに、一つ以上のプロセッサ１００４によって実行することができる一つ以上のアプリケーションモジュール１００６を、メインメモリ１００８に、ロードすることもできる。動作においては、少なくとも一つのプロセッサ１００４がアプリケーションモジュール１００６のうちの一つを実行すると、結果が演算されて二次メモリ１０１０（つまりハードディスクドライブ１０１２）に記憶される。解析の結果（例えば漸進的な切り込み(lancing)動作における切り込みルートに沿った分離）が、ユーザの指示に応じてテキストあるいはグラフィック表現でＩ／Ｏインタフェース１０３０を介してユーザに報告される。

本発明を具体的な実施形態を参照しながら説明したが、これらの実施形態は単なる例示であって、本発明を限定するものではない。開示した例示的な実施形態に対する種々の変更あるいは変形を、当業者は思いつくであろう。つまり、本発明の範囲は、ここで開示した具体的で例示的な実施形態に限定されず、当業者が容易に想到するあらゆる変更が、本願の精神および認識範囲そして添付の特許請求の範囲の権利範囲に含まれる。

２０２ａ 被トリム部分
２０２ｂ 被トリム部分
２０４ａ スクラップ部分
２０４ｂ スクラップ部分
２１０ａ トリム鋼
２１０ｂ トリム鋼
２１２ａ カッティング・エッジ
２１２ｂ カッティング・エッジ
２１８ａ トリムポスト
２１８ｂ トリムポスト
２１９ａ 他のダイ構造
２１９ｂ 他のダイ構造
２２０ａ トリムベクトル
２２０ｂ トリムベクトル
３１０ カッティング・エッジ
３１２ａ〜３１２ｂ カッティング・エッジノード
３２０ カッティング・エッジ
３２２ａ，３２２ｂ，・・・，３２２ｎ カッティング・エッジノード
４１０ 被トリム部分
４１５ａ〜４１５ｃ トリム線
４２０ａ〜４２０ｂ スクラップ部分
５１０ トリム鋼
５１１ａ〜５１１ｃ 一セットのカッティング・エッジノード
５２０ ＦＥＡモデル
５２１ａ〜５２１ｎ 一連のノード・ペア
５２２ トリム線
６１０ 有限要素
６１１ａ，６１２ａ，６１１ｂ，６１２ｂ ノード
６１１ａ〜６１１ｂ，６１２ａ〜６１２ｂ ノード・ペア
６１５〜６１６ 新しい有限要素
６２０，６２４ 有限要素
６２１ａ，６２２ａ，６２１ｂ，６２２ｂ ノード
６２１ａ〜６２１ｂ，６２２ａ〜６２２ｂ ノード・ペア
６２５〜６２６ 新しい有限要素
６２７ａ〜６２７ｂ 新しい有限要素
６２８ａ〜６２８ｂ 新しい有限要素
６４１ａ，６４２ａ，６４３ａ，６４１ｂ，６４２ｂ，６４３ｂ ノード
６４１ａ〜６４１ｂ，６４２ａ〜６４２ｂ，６４３ａ〜６４３ｂ ノード・ペア
６４０，６４４ 有限要素
６４５ａ，６４５ｂ 新しい有限要素
６４６ａ，６４６ｂ 新しい有限要素
６５０ トリム線
６６０ トリム線
６８０ トリム線
７２１ａ〜ｂ，７２２ａ〜ｂ，７２３ａ〜ｂ，７２４ａ〜ｂ，７２５ａ〜ｂ ノード・ペア
７８８ａ〜７８８ｅ 数値的制約
８１０ トリム線
８２０ トリム線
８３０ 交点
１０００ コンピュータシステム
１００２ バス
１００４ プロセッサ
１００６ アプリケーションモジュール
１００８ メインメモリ（ＲＡＭ）
１０１０ 二次メモリ
１０１２ ハードディスクドライブ
１０１４ リムーバブルストレージドライブ
１０１８ リムーバブルストレージユニット
１０２０ インタフェース
１０２２ リムーバブルストレージユニット
１０２４ 通信用インタフェース
１０３０ Ｉ／Ｏインタフェース

Claims (17)

1. 板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行う方
   法であって、
   アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムにおいて、一つ以上のスクラップ部分が切り取られる前のプレス加工された板状金属を表すための複数の有限要素を含んでいる有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、少なくとも一つのトリム鋼と、少なくとも一つのトリムポストと、少なくとも一つの他のダイ構造と、に関するそれぞれの演算モデルを有するトリミング作業機構の定義と、を受け取るステップであって、それぞれの前記トリム鋼の前記演算モデルが、前記トリム鋼のカッティング・エッジを表す一セットのカッティング・エッジノードと、それぞれの前記トリム鋼の切断方向を定義する対応するトリムベクトルと、を含んでいるステップと、
   前記アプリケーションモジュールを用いて、前記対応するトリムベクトルに基づいて、それぞれのセットのカッティング・エッジノードを前記有限要素解析モデルへと投影することによって前記有限要素解析モデル上に少なくとも一つのトリム線を設定するステップであって、その結果、少なくとも一つの有限要素が前記少なくとも一つのトリム線と交差するステップと、
   前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つのトリム線に沿って、前記少なくとも一つの交差する有限要素の縁部との交点において、一連のノード・ペアを生成するステップであって、それぞれの前記ノード・ペアが同一座標を有する二つのノードを有しており、前記二つのノードがすべての自由度（ＤＯＦ）に関して数値的制約を用いて接続されているステップと、
   前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つの交差する有限要素を二つ以上の新しい有限要素へと、それぞれの新しい有限要素を適切な大きさとして数値的安定性が得られるように、分割することによって前記有限要素解析モデルを変更するステップであって、前記それぞれの新しい有限要素が、何れの有限要素も前記少なくとも一つのトリム線を跨がないように、対応する前記ノード・ペアにおける前記二つのノードのうちの一方を用いて定義されているステップと、
   前記アプリケーションモジュールを用いて、前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を前記少なくとも一つのトリム線によって分離される第一グループおよび第二グループへと分割するステップであって、前記第一グループが剛体の有限要素によってモデル化される被トリム部分を表しており、前記第二グループが変形可能な有限要素によってモデル化される前記一つ以上のスクラップ部分を表しているステップと、
   前記アプリケーションモジュールを用いて、前記変更された有限要素解析モデルを、受け取った前記トリミング作業機構の定義と共に用いたトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行するステップであって、前記時間進行シミュレーションにおけるそれぞれのソリューションサイクルにおいて、前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したと判断された一つ以上の前記ノード・ペアの数値的制約が解除されると共に、前記数値的制約の解除に応じて、および、前記少なくとも一つのトリム鋼、前記少なくとも一つのトリムポスト、および前記少なくとも一つの他のダイ構造との接触に応じて、前記第二グループの有限要素が変形したとき、前記一つ以上のスクラップ部分の数値的にシミュレートされた構造的挙動が取得されるステップと、
   を含む方法。
2. 前記複数の有限要素が二次元シェル要素を有する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つのトリム線のうちの第一トリム線および第二トリム線を、前記第一トリム線および前記第二トリム線のそれぞれの端部を、初期値又はユーザが指定した入力値だけ延長することにより、数値的に互いに交差させるステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を、前記第一グループおよび前記第二グループへと分割する前記ステップは、前記一つ以上のスクラップ部分のそれぞれに位置するユーザ定義の基準ノードを用いることによって達成される、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したとの前記判断は、前記一つ以上のノード・ペアと前記カッティング・エッジノードのうちの前記一つとの間の数値的な許容誤差の追加をさらに含んでおり、前記許容誤差は、前記有限要素解析モデルにおいて引き継がれた数値的不正確性に対処するために用いられる、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記数値的不正確性は、物理的絞りビードの簡略化数値表現を含む、
   請求項５に記載の方法。
7. 入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースと、
   アプリケーションモジュールに関するコンピュータ可読コードを記憶しているメモリと、
   前記メモリに連結される少なくとも一つのプロセッサと、
   を備える板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行うシステムであって、前記少なくとも一つのプロセッサが前記メモリ内のコンピュータ可読コードを実行して、前記アプリケーションモジュールに、
   一つ以上のスクラップ部分が切り取られる前のプレス加工された板状金属を表すための複数の有限要素を含んでいる有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、少なくとも一つのトリム鋼と、少なくとも一つのトリムポストと、少なくとも一つの他のダイ構造と、に関するそれぞれの演算モデルを有するトリミング作業機構の定義と、を受け取るオペレーションであって、それぞれの前記トリム鋼の前記演算モデルが、前記トリム鋼のカッティング・エッジを表す一セットのカッティング・エッジノードと、それぞれの前記トリム鋼の切断方向を定義する対応するトリムベクトルと、を含んでいるオペレーションと、
   前記対応するトリムベクトルに基づいて、それぞれのセットのカッティング・エッジノードを前記有限要素解析モデルへと投影することによって前記有限要素解析モデル上に少なくとも一つのトリム線を設定するオペレーションであって、その結果、少なくとも一つの有限要素が前記少なくとも一つのトリム線と交差するオペレーションと、
   前記少なくとも一つのトリム線に沿って、前記少なくとも一つの交差する有限要素の縁部との交点において、一連のノード・ペアを生成するオペレーションであって、それぞれの前記ノード・ペアが同一座標を有する二つのノードを有しており、前記二つのノードがすべての自由度（ＤＯＦ）に関して数値的制約を用いて接続されているオペレーションと、
   前記少なくとも一つの交差する有限要素を二つ以上の新しい有限要素へと、それぞれの新しい有限要素を適切な大きさとして数値的安定性が得られるように、分割することによって前記有限要素解析モデルを変更するオペレーションであって、前記それぞれの新しい有限要素が、何れの有限要素も前記少なくとも一つのトリム線を跨がないように、対応する前記ノード・ペアにおける前記二つのノードのうちの一方を用いて定義されているオペレーションと、
   前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を前記少なくとも一つのトリム線によって分離される第一グループおよび第二グループへと分割するオペレーションであって、前記第一グループが剛体の有限要素によってモデル化される被トリム部分を表しており、前記第二グループが変形可能な有限要素によってモデル化される前記一つ以上のスクラップ部分を表しているオペレーションと、
   前記変更された有限要素解析モデルを、受け取った前記トリミング作業機構の定義と共に用いたトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行するオペレーションであって、前記時間進行シミュレーションにおけるそれぞれのソリューションサイクルにおいて、前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したと判断された一つ以上の前記ノード・ペアの数値的制約が解除されると共に、前記数値的制約の解除に応じて、および、前記少なくとも一つのトリム鋼、前記少なくとも一つのトリムポスト、および前記少なくとも一つの他のダイ構造との接触に応じて、前記第二グループの有限要素が変形したとき、前記一つ以上のスクラップ部分の数値的にシミュレートされた構造的挙動が取得されるオペレーションと、
   を実行させる、システム。
8. 前記複数の有限要素が二次元シェル要素を有する、
   請求項７に記載のシステム。
9. 前記少なくとも一つのトリム線のうちの第一トリム線および第二トリム線を、前記第一トリム線および前記第二トリム線のそれぞれの端部を、初期値又はユーザが指定した入力値だけ延長することにより、数値的に互いに交差させるオペレーションをさらに実行させる、
   請求項７に記載のシステム。
10. 前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を、前記第一グループおよび前記第二グループへと分割する前記オペレーションは、前記一つ以上のスクラップ部分のそれぞれに位置するユーザ定義の基準ノードを用いることによって達成される、
    請求項７に記載のシステム。
11. 前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したとの前記判断は、前記一つ以上のノード・ペアと前記カッティング・エッジノードのうちの前記一つとの間の数値的な許容誤差の追加をさらに含んでおり、前記許容誤差は、前記有限要素解析モデルにおいて引き継がれた数値的不正確性に対処するために用いられる、
    請求項７に記載のシステム。
12. 前記数値的不正確性は、物理的絞りビードの簡略化数値表現を含む、
    請求項１１に記載のシステム。
13. オペレーションによって、板状金属加工におけるスクラップトリミング作業の時間進行シミュレーションを行うための、コンピュータが実行可能な命令を含んでいる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記オペレーションが、
    アプリケーションモジュールがインストールされたコンピュータシステムにおいて、一つ以上のスクラップ部分が切り取られる前のプレス加工された板状金属を表すための複数の有限要素を含んでいる有限要素解析（ＦＥＡ）モデルと、少なくとも一つのトリム鋼と少なくとも一つのトリムポストと、少なくとも一つの他のダイ構造と、に関するそれぞれの演算モデルを有するトリミング作業機構の定義と、を受け取るオペレーションであって、それぞれの前記トリム鋼の前記演算モデルが、前記トリム鋼のカッティング・エッジを表す一セットのカッティング・エッジノードと、それぞれの前記トリム鋼の切断方向を定義する対応するトリムベクトルと、を含んでいるオペレーションと、
    前記アプリケーションモジュールを用いて、前記対応するトリムベクトルに基づいて、それぞれのセットのカッティング・エッジノードを前記有限要素解析モデルへと投影することによって前記有限要素解析モデル上に少なくとも一つのトリム線を設定するオペレーションであって、その結果、少なくとも一つの有限要素が前記少なくとも一つのトリム線と交差するオペレーションと、
    前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つのトリム線に沿って、前記少なくとも一つの交差する有限要素の縁部との交点において、一連のノード・ペアを生成するオペレーションであって、それぞれの前記ノード・ペアが同一座標を有する二つのノードを有しており、前記二つのノードがすべての自由度（ＤＯＦ）に関して数値的制約を用いて接続されているオペレーションと、
    前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つの交差する有限要素を二つ以上の新しい有限要素へと、それぞれの新しい有限要素を適切な大きさとして数値的安定性が得られるように、分割することによって前記有限要素解析モデルを変更するオペレーションであって、前記それぞれの新しい有限要素が、何れの有限要素も前記少なくとも一つのトリム線を跨がないように、対応する前記ノード・ペアにおける前記二つのノードのうちの一方を用いて定義されているオペレーションと、
    前記アプリケーションモジュールを用いて、前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を前記少なくとも一つのトリム線によって分離される第一グループおよび第二グループへと分割するオペレーションであって、前記第一グループが剛体の有限要素によってモデル化される被トリム部分を表しており、前記第二グループが変形可能な有限要素によってモデル化される前記一つ以上のスクラップ部分を表しているオペレーションと、
    前記アプリケーションモジュールを用いて、前記変更された有限要素解析モデルを、受け取った前記トリミング作業機構の定義と共に用いたトリミング作業の時間進行シミュレーションを実行するオペレーションであって、前記時間進行シミュレーションにおけるそれぞれのソリューションサイクルにおいて、前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したと判断された一つ以上の前記ノード・ペアの数値的制約が解除されると共に、前記数値的制約の解除に応じて、および、前記少なくとも一つのトリム鋼、前記少なくとも一つのトリムポスト、および前記少なくとも一つの他のダイ構造との接触に応じて、前記第二グループの有限要素が変形したとき、前記一つ以上のスクラップ部分の数値的にシミュレートされた構造的挙動が取得されるオペレーションと、
    を含んでいる、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
14. 前記複数の有限要素が二次元シェル要素を備える、
    請求項１３に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
15. 前記アプリケーションモジュールを用いて、前記少なくとも一つのトリム線のうちの第一トリム線および第二トリム線を、前記第一トリム線および前記第二トリム線のそれぞれの端部を、初期値又はユーザが指定した入力値だけ延長することにより、数値的に互いに交差させるオペレーションをさらに含む、
    請求項１３に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
16. 前記変更された有限要素解析モデルの有限要素を、前記第一グループおよび前記第二グループへと分割する前記オペレーションは、前記一つ以上のスクラップ部分のそれぞれに位置するユーザ定義の基準ノードを用いることによって達成される、
    請求項１３に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
17. 前記カッティング・エッジノードのうちの一つに達したとの前記判断は、前記一つ以上のノード・ペアと前記カッティング・エッジノードのうちの前記一つとの間の数値的な許容誤差の追加をさらに含んでおり、前記許容誤差は、前記有限要素解析モデルにおいて引き継がれた数値的不正確性に対処するために用いられる、
    請求項１３に記載の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。

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