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JP7779779B2 - Performance prediction system and performance prediction method - Google Patents
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JP7779779B2 - Performance prediction system and performance prediction method - Google Patents

Performance prediction system and performance prediction method

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Description

本発明は、自動車のエンジンフードやドア等の金属製の各種パネルに荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測システムおよび性能予測方法に関する。 The present invention relates to a performance prediction system and method for predicting the amount of deflection when a load is applied to various metal panels, such as an automobile engine hood or door.

たとえば、自動車のエンジンフードは、多少の衝撃ではへこみや変形が起こらないような剛性が必要であり、高いデント性能が要求されるが、このような要求を満足させるためにはエンジンフードの性能予測が欠かせない。 For example, an automobile engine hood needs to be rigid enough to prevent dents or deformation from minor impacts, and high dent resistance is required, but predicting engine hood performance is essential to satisfy these requirements.

下記特許文献1には、自動車のエンジンフードやドア等の金属製の各種パネルの設計図面の情報からデント剛性を予測するデント剛性予測方法が開示されている。具体的には、測定点に荷重をかけた際に測定点の周囲に定義される応力影響領域の面積をタワミ面積として算定し、板部材の測定点の曲率、板部材の測定点の板厚、板部材の材質、タワミ面積を、板部材の剛性を表す因子として、重回帰分析等により所定の関係式を求める。そして、設計図面から、板部材の測定点の曲率、板部材の測定点の板厚、板部材の材質、タワミ面積を取り出すことによって、所定の関係式に基づいて測定点の負荷方向での変位(デント剛性)を、設計の段階で適切に算定する。 Patent Document 1 below discloses a dent stiffness prediction method for predicting dent stiffness from design drawings of various metal panels, such as automobile engine hoods and doors. Specifically, the area of the stress-affected region defined around a measurement point when a load is applied to the measurement point is calculated as the deflection area. A predetermined relationship is then determined using multiple regression analysis or the like, using the curvature of the plate member at the measurement point, the plate thickness of the plate member at the measurement point, the plate material, and the deflection area as factors representing the plate member's stiffness. Then, by extracting the curvature of the plate member at the measurement point, the plate thickness of the plate member at the measurement point, the plate material, and the deflection area from the design drawings, the displacement of the measurement point in the load direction (dent stiffness) can be appropriately calculated at the design stage based on the predetermined relationship.

このようして、開発の前半においてデント剛性を求め、デント剛性の評価が遅れることによる開発の遅れを未然に防止している。 In this way, dent rigidity is determined early in the development process, preventing development delays due to delayed evaluation of dent rigidity.

特開2007-33067号公報(特許第4568186号)JP 2007-33067 A (Patent No. 4568186)

上記特許文献1に記載のデント剛性予測方法においては、相関式(所定の関係式)の導出やたわみ量(デント剛性)の算定において、測定点に負荷をかけた際に測定点の周囲に定義される応力影響領域の曲率、板厚、材質および面積を毎回測定する必要があり、その作業に多大の時間を要する、という問題があった。また、これらの測定結果には、作業者によってばらつきが発生するため、このばらつきによって、予測する測定点の変位(デント剛性)の精度にも影響がでる、という問題があった。 The dent stiffness prediction method described in Patent Document 1 above has the problem that, when deriving the correlation equation (predetermined relational equation) and calculating the amount of deflection (dent stiffness), it is necessary to measure the curvature, plate thickness, material, and area of the stress-affected region defined around the measurement point each time a load is applied to the measurement point, which is a time-consuming process. Furthermore, these measurement results vary depending on the operator, and this variation affects the accuracy of the predicted displacement (dent stiffness) of the measurement point.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、自動車用の各種パネルに負荷をかけた際のたわみ量の算定にかかる時間を大幅に短縮するとともに、デント性能を安定的かつ高精度に予測可能な性能予測システムおよび性能予測方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a performance prediction system and method that significantly reduces the time required to calculate the amount of deflection when a load is applied to various automotive panels, and that can predict dent performance stably and with high accuracy.

本発明にかかる性能予測システムは、自動車の車体を構成する金属製のパネルの性能を予測するものである。たとえば、前記パネルに一様に設けられた負荷点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けたデータを説明変数とし、各負荷点における説明変数と負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量である目的変数とを負荷点毎に紐づけたデータセットを記憶する記憶手段を備える。そして、モデル生成手段が、前記記憶手段から読み出したデータセットを用いて、前記パネルの任意の箇所である性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを機械学習により生成し、性能予測手段が、性能予測点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けた入力データを受け付け、学習済みの性能予測モデルを用いて、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測することを特徴とする。 The performance prediction system of the present invention predicts the performance of a metal panel that constitutes an automobile body. For example, the system includes a storage means for storing a dataset in which explanatory variables are data linking point cloud coordinate data of a point cloud around load points uniformly distributed on the panel with information on the material and thickness of each point that constitutes the point cloud, and the explanatory variables at each load point are linked to an objective variable that represents the amount of deflection when a certain load is applied to the load point. The model generation means uses the dataset read from the storage means to generate a performance prediction model through machine learning that predicts the amount of deflection when a certain load is applied to a performance prediction point at any location on the panel. The performance prediction means accepts input data linking point cloud coordinate data of a point cloud around the performance prediction point with information on the material and thickness of each point that constitutes the point cloud, and predicts the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point using the trained performance prediction model.

また、本発明にかかる性能予測システムにおいて、前記記憶手段には、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とを予め記憶することとした。そして、点群座標データ生成手段が、前記パネルの3D設計情報に基づいて、前記パネルを3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置し、負荷点または性能予測点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得し、取得した断面形状を所定角の正方形で区切ることによってその中心点の集まりである点群を生成し、当該点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得して前記点群座標データを生成することとした。 In the performance prediction system of the present invention, the storage means pre-stores 3D design information for the panel, information on the panel's material and thickness associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point obtained using a known method. The point cloud coordinate data generation means then positions the panel in 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on the 3D design information for the panel, obtains multiple cross-sectional shapes of the panel centered on the load point or performance prediction point, divides the obtained cross-sectional shapes into squares of specified angles to generate a point cloud, which is a collection of their center points, and obtains the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud to generate the point cloud coordinate data.

これにより、データセット生成手段は、前記点群座標データ生成手段により生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、前記既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とに基づいて、モデル生成のための前記データセットを生成することができる。また、入力データ生成手段は、前記点群座標データ生成手段により生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報とに基づいて、性能予測のための前記入力データを生成することができる。 As a result, the dataset generation means can generate the dataset for model generation based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation means, 3D design information for the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point acquired using the known method. Furthermore, the input data generation means can generate the input data for performance prediction based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation means, 3D design information for the panel, and information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information.

したがって、本発明にかかる性能予測システムによれば、性能予測モデル導入により、自動車用の各種パネルの任意の位置(性能予測点)に負荷をかけた際のたわみ量の算定にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、性能予測モデルの利用により、作業者によってばらつきが発生することがなくなるため、デント性能を安定的かつ高精度に予測することができる。 Therefore, with the performance prediction system of the present invention, the introduction of a performance prediction model can significantly reduce the time required to calculate the amount of deflection when a load is applied to any position (performance prediction point) on various automotive panels. Furthermore, the use of a performance prediction model eliminates variations that occur between workers, allowing for stable and highly accurate prediction of dent performance.

また、本発明にかかる性能予測システムにおいては、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量の予測の結果を表示するとともに、前記3D座標空間上に配置された前記パネルを3D画像で表示する表示手段をさらに備えることが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the performance prediction system of the present invention further comprises a display means for displaying the predicted results of the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point, and for displaying a 3D image of the panel arranged in the 3D coordinate space.

また、本発明にかかる性能予測方法は、自動車の車体を構成する金属製のパネルの性能を予測する性能予測方法であって、たとえば、前記パネルに一様に設けられた負荷点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けたデータを説明変数とし、各負荷点における説明変数と負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量である目的変数とを負荷点毎に紐づけたデータセットをメモリに記憶するデータセット記憶ステップと、前記メモリから読み出したデータセットを用いて、前記パネルの任意の箇所である性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを機械学習により生成するモデル生成ステップと、性能予測点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けた入力データを受け付け、学習済みの性能予測モデルを用いて、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測ステップと、前記予測の結果をディスプレイに表示する表示ステップとを含むことを特徴とする。 The performance prediction method of the present invention predicts the performance of a metal panel that constitutes an automobile body, and is characterized by including, for example, a dataset storage step in which data relating point cloud coordinate data of a point cloud around load points uniformly provided on the panel to information on the material and thickness of each point that constitutes the point cloud is used as explanatory variables, and a dataset in which the explanatory variables at each load point are linked to an objective variable that is the amount of deflection when a certain load is applied to the load point is stored in memory; a model generation step in which, using the dataset read from the memory, a performance prediction model is generated by machine learning to predict the amount of deflection when a certain load is applied to a performance prediction point at any location on the panel; a performance prediction step in which input data relating point cloud coordinate data of a point cloud around the performance prediction point to information on the material and thickness of each point that constitutes the point cloud is received, and the learned performance prediction model is used to predict the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point; and a display step in which the results of the prediction are displayed on a display.

また、本発明にかかる性能予測方法において、前記メモリには、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とを予め記憶することとした。 In addition, in the performance prediction method according to the present invention, the memory pre-stores 3D design information for the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point obtained using a known method.

そして、前記性能予測モデルを生成するための前処理として、前記パネルの3D設計情報に基づいて前記パネルを3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置する形状配置ステップと、負荷点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得する断面形状取得ステップと、得られた断面形状を所定角の正方形で区切ることによってその中心点の集まりである点群を生成する点群生成ステップと、点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得して点群座標データを生成する点群座標データ生成ステップと、前記点群座標データ生成ステップにおいて生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、前記既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とに基づいて、モデル生成のための前記データセットを生成するデータセット生成ステップと、を含むこととした。 The preprocessing steps for generating the performance prediction model include a shape placement step for placing the panel in a 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on the 3D design information of the panel; a cross-sectional shape acquisition step for acquiring multiple cross-sectional shapes of the panel centered on the load point; a point cloud generation step for dividing the acquired cross-sectional shapes with squares of a predetermined angle to generate a point cloud, which is a collection of center points of the cross-sectional shapes; a point cloud coordinate data generation step for acquiring the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud to generate point cloud coordinate data; and a dataset generation step for generating the dataset for model generation based on the point cloud coordinate data generated in the point cloud coordinate data generation step, the 3D design information of the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point acquired using the known method.

さらに、前記性能予測ステップの前処理として、前記形状配置ステップと、性能予測点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得する前記断面形状取得ステップと、前記点群生成ステップと、前記点群座標データ生成ステップと、前記点群座標データ生成ステップにおいて生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報とに基づいて、性能予測のための前記入力データを生成する入力データ生成ステップと、を含むこととした。 Furthermore, the pre-processing for the performance prediction step includes the shape placement step, the cross-sectional shape acquisition step of acquiring multiple cross-sectional shapes of the panel centered on the performance prediction point, the point cloud generation step, the point cloud coordinate data generation step, and an input data generation step of generating the input data for performance prediction based on the point cloud coordinate data generated in the point cloud coordinate data generation step, 3D design information for the panel, and information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information.

したがって、本発明にかかる性能予測方法によれば、性能予測モデル導入により、自動車用の各種パネルの任意の位置(性能予測点)に負荷をかけた際のたわみ量の算定にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、性能予測モデルの利用により、作業者によってばらつきが発生することがなくなるため、デント性能を安定的かつ高精度に予測することができる。 Therefore, according to the performance prediction method of the present invention, by introducing a performance prediction model, it is possible to significantly reduce the time required to calculate the amount of deflection when a load is applied to any position (performance prediction point) on various automotive panels. Furthermore, the use of a performance prediction model eliminates variations that occur between workers, allowing for stable and highly accurate prediction of dent performance.

また、本発明にかかる性能予測方法においては、前記3D座標空間上に配置された前記パネルを3D画像でディスプレイに表示する表示ステップをさらに含むことが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the performance prediction method according to the present invention further includes a display step of displaying the panel arranged in the 3D coordinate space as a 3D image on a display.

本発明にかかる性能予測システムおよび性能予測方法によれば、自動車用の各種パネルに負荷をかけた際のたわみ量の算定にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、デント性能を安定的かつ高精度に予測することができる。 The performance prediction system and method of the present invention can significantly reduce the time required to calculate the amount of deflection when a load is applied to various automotive panels. It also makes it possible to predict dent performance stably and with high accuracy.

図1は、本発明にかかる性能予測システムとして動作するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that operates as a performance prediction system according to the present invention. 図2は、学習モデル生成処理を実施する制御部の機能を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing the functions of the control unit that performs the learning model generation process. 図3は、学習モデル生成処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a learning model generation process. 図4は、エンジンフードの3D画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a 3D image of an engine hood. 図5は、断面形状の取得位置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the positions where the cross-sectional shape is acquired. 図6は、エンジンフードの断面形状の一例および断面形状を点群化した状態のイメージを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a cross-sectional shape of an engine hood and an image of the cross-sectional shape in a point cloud form. 図7は、点群座標データの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of point cloud coordinate data. 図8は、性能予測モデルを生成するためのデータセットの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a data set for generating a performance prediction model. 図9は、機械学習によるモデルの評価結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the evaluation results of the machine learning model. 図10は、テスト用データを用いた学習済みの性能予測モデルによる予測結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing prediction results by a trained performance prediction model using test data. 図11は、性能予測処理を実施する制御部の機能を示す機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram showing the functions of the control unit that performs the performance prediction process. 図12は、性能予測処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a performance prediction process.

以下、本発明にかかる性能予測システムおよび性能予測方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、本願の明細書および図面において、同様に説明することが可能な要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する場合がある。 Embodiments of a performance prediction system and a performance prediction method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. Furthermore, in the specification and drawings of this application, elements that can be similarly described may be designated by the same reference numerals, and duplicate explanations may be omitted.

<システム構成>
図1は、本発明にかかる性能予測システムとして動作するコンピュータのハードウェア構成例を示す図である。本実施形態の性能予測システム1は、自動車用の金属製の各種パネルに荷重をかけた際のたわみ量(デント性能)を予測する処理(以下、性能予測処理と呼ぶ。)およびたわみ量予測を実行する学習モデルを生成する処理(以下、学習モデル生成処理と呼ぶ。)を行うホストコンピュータとして動作する。
<System Configuration>
1 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a computer that operates as a performance prediction system according to the present invention. The performance prediction system 1 of this embodiment operates as a host computer that performs a process of predicting the amount of deflection (dent performance) when a load is applied to various metal panels for automobiles (hereinafter referred to as a performance prediction process) and a process of generating a learning model that executes the deflection amount prediction (hereinafter referred to as a learning model generation process).

図1において、性能予測システム1は、CPU(Central Processing Unit)およびFPGA(Field Programmable Gate Array)等で構成される制御部11と、ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory)等の各種メモリを含む記憶部12と、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む入力部13と、印刷やスキャン等の入出力処理を行うインタフェース(I/F)部14と、ディスプレイである表示部15と、所定のネットワークを介して外部と通信を行う通信部16とを備える。なお、図1では、キーボードおよびマウス等のユーザインタフェースを含む入力部13を備えることとしたが、本実施形態の性能予測システム1は、これに限るものではなく、表示部15にタッチパネルの機能を持たせることによって、入力部13を設けない構成、または入力部13と併用する構成としてもよい。 In FIG. 1, performance prediction system 1 includes a control unit 11 composed of a CPU (Central Processing Unit) and FPGA (Field Programmable Gate Array), etc.; a storage unit 12 including various types of memory such as ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory); an input unit 13 including a user interface such as a keyboard and mouse; an interface (I/F) unit 14 performing input/output processes such as printing and scanning; a display unit 15 serving as a display; and a communication unit 16 for communicating with the outside world via a predetermined network. While FIG. 1 shows an input unit 13 including a user interface such as a keyboard and mouse, the performance prediction system 1 of this embodiment is not limited to this. By providing touch panel functionality to the display unit 15, the input unit 13 may be omitted or used in combination with the input unit 13.

図1において、制御部11は、本実施形態の性能予測システム1による性能予測処理および学習モデル生成処理を実現するために、たとえば、自動車用の各種パネルに荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測プログラムと、たわみ量予測を実行する学習モデルを生成するための学習モデル生成プログラムと、を実行する。記憶部12は、本実施形態の性能予測処理および学習モデル生成処理にかかるプログラム(性能予測プログラム、学習モデル生成プログラム)および各種情報(各種パネルの形状を示す3D形状データ、材質、板厚および性能や、機械学習のためのデータセット等)や、処理の過程で得られた各種データ(点群座標データ等)等を記憶する。制御部11では、記憶部12に記憶されている各種プログラムを読み出すことにより、本実施形態の性能予測処理および学習モデル生成処理を実行する。なお、記憶部12は、内部メモリに限るものではなく、たとえば、DVD(Digital Versatile Disc)やSDメモリ等の外部記憶媒体であってもよいし、また、内部メモリおよび外部記憶媒体(DVDやSDメモリ等)の両方で構成されることとしてもよい。また、本実施形態の性能予測システム1のハードウェア構成は、説明の便宜上、本実施形態の性能予測処理および学習モデル生成処理にかかわる構成を列挙したものであり、性能予測システム1を構成するコンピュータのすべての機能を表現したものではない。 1, the control unit 11 executes, for example, a performance prediction program that predicts the amount of deflection when a load is applied to various automotive panels and a learning model generation program that generates a learning model for executing deflection prediction, in order to realize the performance prediction process and learning model generation process by the performance prediction system 1 of this embodiment. The memory unit 12 stores the programs (performance prediction program, learning model generation program) related to the performance prediction process and learning model generation process of this embodiment, various information (3D shape data indicating the shapes of various panels, material, plate thickness, and performance, datasets for machine learning, etc.), and various data (point cloud coordinate data, etc.) obtained during the process. The control unit 11 executes the performance prediction process and learning model generation process of this embodiment by reading the various programs stored in the memory unit 12. Note that the memory unit 12 is not limited to internal memory and may be an external storage medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or SD memory, or may be composed of both internal memory and external storage medium (such as a DVD or SD memory). Furthermore, for the sake of convenience, the hardware configuration of the performance prediction system 1 of this embodiment lists the configuration related to the performance prediction processing and learning model generation processing of this embodiment, and does not represent all of the functions of the computer that makes up the performance prediction system 1.

また、本実施形態の性能予測システム1は、デスクトップパソコン、ノートパソコン等の汎用PCを想定しているが、これらに限るものではなく、たとえば、スマートフォン、タブレット端末等の携帯端末であってもよい。 Furthermore, the performance prediction system 1 of this embodiment is intended for general-purpose PCs such as desktop personal computers and laptop computers, but is not limited to these and may also be, for example, mobile devices such as smartphones and tablet terminals.

<学習モデル生成処理>
つづいて、本実施形態の性能予測システム1における性能予測処理を説明する前に、その前提となる学習モデル生成処理について詳細に説明する。図2は、学習モデル生成処理を実施する制御部11の機能を示す機能ブロック図であり、図3は、学習モデル生成処理の一例を示すフローチャートである。
<Learning model generation process>
Next, before describing the performance prediction process in the performance prediction system 1 of this embodiment, a learning model generation process, which is a prerequisite for the performance prediction process, will be described in detail. Fig. 2 is a functional block diagram showing the functions of the control unit 11 that performs the learning model generation process, and Fig. 3 is a flowchart showing an example of the learning model generation process.

図2において、制御部11は、点群座標データ生成部21と、データセット生成部22と、機械学習アルゴリズムを利用して学習モデルを生成する機械学習部23と、既知のCAD(computer-aided design)システム24およびCAE(Computer Aided Engineering)システム25とを有する。本実施形態においては、金属製の各種パネルの一例として、自動車のエンジンフードの3D設計情報を用いて学習モデルを生成する場合について説明する。すなわち、本実施形態においては、上記学習モデルの一例として、自動車のエンジンフードの任意の位置に所定の荷重(たとえば、一定の荷重)をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを生成する。そして、この性能予測モデルは、たとえば、ニューラルネットワーク(CNN:Convolution Neural Network、RNN:Recurrent Neural Network等)等、公知の機械学習アルゴリズムを利用して生成する。 In FIG. 2, the control unit 11 includes a point cloud coordinate data generation unit 21, a dataset generation unit 22, a machine learning unit 23 that generates a learning model using a machine learning algorithm, and a known CAD (computer-aided design) system 24 and CAE (computer-aided engineering) system 25. In this embodiment, a case will be described in which a learning model is generated using 3D design information for an automobile engine hood as an example of various metal panels. That is, in this embodiment, as an example of the learning model, a performance prediction model is generated that predicts the amount of deflection when a predetermined load (e.g., a constant load) is applied to an arbitrary position on the automobile engine hood. This performance prediction model is generated using a known machine learning algorithm, such as a neural network (CNN: Convolution Neural Network, RNN: Recurrent Neural Network, etc.).

また、自動車のエンジンフードは、たとえば、図2に示すCADシステム24により設計され、3D形状データを含む3D設計情報が予め記憶部12に記憶されていることとする。また、エンジンフードを構成する各部品の材質および板厚等の情報についても、3D設計情報(3D形状データ)に関連付けられた状態で予め記憶部12に記憶されていることとする。 The automobile engine hood is designed, for example, using the CAD system 24 shown in Figure 2, and 3D design information including 3D shape data is stored in advance in the storage unit 12. Information such as the material and thickness of each part that makes up the engine hood is also stored in advance in the storage unit 12 in association with the 3D design information (3D shape data).

また、本実施形態においては、エンジンフードの所定位置(負荷点:たとえば143カ所)に一定の荷重をかけた際の、各負荷点におけるたわみ量を予め取得しておき、それらのたわみ量を各負荷点に関連付けて予め記憶部12に記憶しておく。具体的には、たとえば、図2に示すCAEシステム25が、エンジンフードの3D設計情報を記憶部12から読み出し、この3D設計情報をもとに有限要素法によるCAE解析を行い、その解析結果として、各負荷点におけるたわみ量(性能情報)を取得する。有限要素法によるCAE解析では、エンジンフードの3D形状をメッシュ状に分割し、負荷点に荷重を加えることによって、分割したメッシュ状の各部分の変形等が解析される。 In addition, in this embodiment, when a certain load is applied to predetermined positions (load points: for example, 143 locations) on the engine hood, the amount of deflection at each load point is obtained in advance, and these deflection amounts are associated with each load point and stored in advance in the memory unit 12. Specifically, for example, the CAE system 25 shown in FIG. 2 reads 3D design information for the engine hood from the memory unit 12, performs CAE analysis using the finite element method based on this 3D design information, and obtains the amount of deflection (performance information) at each load point as a result of the analysis. In CAAE analysis using the finite element method, the 3D shape of the engine hood is divided into a mesh, and by applying loads to the load points, deformation, etc. of each portion of the divided mesh is analyzed.

なお、上記CADシステム24による3D設計およびCAEシステム25によるCAE解析については、公知の一般的な手法で行われているため詳細な説明を省略する。また、本実施形態においては、3D設計情報をもとに有限要素法によるCAE解析を行い各負荷点におけるたわみ量を予め取得しておくこととしたが、これに限るものではなく、既知の手法であればどのような手法で負荷点におけるたわみ量を取得することとしてもよい。また、本実施形態のおいては、一例として、荷重を加える負荷点を143カ所としたが、これに限るものではなく、要求される性能予測の精度等に応じて、たとえば、143か所以上であることが望ましい。すなわち、荷重を加える負荷点は、パネル全体に一様(均一にバラ付いていること)に設けられていればよく、たとえば、パネルの形状や、材質および板厚、荷重をかけた際の応力範囲、性能予測の要求精度等に応じて適宜設定可能である。 The 3D design using the CAD system 24 and the CAE analysis using the CAE system 25 are performed using well-known, commonly-used methods, and therefore detailed explanations are omitted. In this embodiment, CAE analysis using the finite element method is performed based on the 3D design information to obtain the amount of deflection at each load point in advance. However, this is not a limitation, and any known method may be used to obtain the amount of deflection at the load point. In this embodiment, as an example, 143 load points are used to apply the load, but this is not a limitation; it is desirable to have 143 or more load points depending on the required accuracy of performance prediction, etc. In other words, the load points to apply the load need only be uniformly distributed (evenly distributed) across the entire panel, and can be set appropriately depending on, for example, the shape, material, and thickness of the panel, the stress range when the load is applied, the required accuracy of performance prediction, etc.

また、図2においては、性能予測システム1の制御部11の機能ブロックとして、CADシステム24およびCAEシステム25を制御部11内に含め実現することとしたが、この構成に限るものではなく、たとえば、CADシステム24およびCAEシステム25を別構成とし、ネットワークを介して性能予測システム1と接続する構成としてもよい。 In addition, in Figure 2, the CAD system 24 and CAE system 25 are implemented as functional blocks within the control unit 11 of the performance prediction system 1, but this configuration is not limited to this. For example, the CAD system 24 and CAE system 25 may be configured separately and connected to the performance prediction system 1 via a network.

本実施形態においては、上記のように各種情報が予め記憶部12に記憶されていることを前提として、たとえば、図3に示すように、制御部11が、自動車のエンジンフードの3D設計情報と、そのエンジンフードの材質および板厚の情報と、予め取得しておいた各負荷点におけるたわみ量とを用いて、性能予測モデルを生成する処理(学習モデル生成処理)を実行する。 In this embodiment, assuming that various types of information as described above are stored in advance in the memory unit 12, for example, as shown in FIG. 3, the control unit 11 executes a process (learning model generation process) to generate a performance prediction model using 3D design information for the automobile engine hood, information on the material and plate thickness of the engine hood, and the deflection amount at each load point acquired in advance.

図3において、まず、作業者による入力部13の操作により性能予測モデルの生成が指示された場合、制御部11の点群座標データ生成部21は、記憶部12からエンジンフードの3D設計情報を読み出し、その3D設計情報から得られる3D形状データに基づいてエンジンフード(形状)を3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置する(ステップS1)。この際、表示部15には、エンジンフードの3D画像が表示される。図4は、エンジンフードの3D画像の一例を示す図である。 In Figure 3, when an operator operates the input unit 13 to instruct the generation of a performance prediction model, the point cloud coordinate data generation unit 21 of the control unit 11 reads 3D design information for the engine hood from the memory unit 12 and places the engine hood (shape) in 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on the 3D shape data obtained from the 3D design information (step S1). At this time, a 3D image of the engine hood is displayed on the display unit 15. Figure 4 is a diagram showing an example of a 3D image of the engine hood.

つぎに、点群座標データ生成部21は、3D設計情報から、負荷点(143カ所カ所分)周辺のエンジンフードの断面形状を取得する(ステップS2)。具体的には、負荷点を中心とする、たとえば、前後左右150mm幅のエンジンフードの断面形状を取得する。図5は、断面形状の取得位置を示す図である。本実施形態においては、負荷点を中心とする左右方向150mm幅のエンジンフードの断面形状(図5に示す負荷点Cを中心とするA-A’直線(X軸に平行な直線)参照)と、負荷点を中心とする前後方向150mm幅のエンジンフードの断面形状(図5に示す負荷点Cを中心とするB-B’直線(Y軸に平行な直線)参照)とを、負荷点毎に取得する。 Next, the point cloud coordinate data generator 21 acquires the cross-sectional shapes of the engine hood around the load points (143 locations) from the 3D design information (step S2). Specifically, the cross-sectional shapes of the engine hood, for example, 150 mm wide in the front-to-back and left-to-right directions, centered on the load points, are acquired. Figure 5 is a diagram showing the positions at which the cross-sectional shapes are acquired. In this embodiment, the cross-sectional shapes of the engine hood 150 mm wide in the left-to-right direction and centered on the load points (see line A-A' (a line parallel to the X-axis) centered on load point C in Figure 5) and the cross-sectional shapes of the engine hood 150 mm wide in the front-to-back direction and centered on the load points (see line B-B' (a line parallel to the Y-axis) centered on load point C in Figure 5) are acquired for each load point.

図6(a)および(b)は、エンジンフードの断面形状の一例を示す図であり、詳細には、(a)は負荷点CのA-A’断面を示し、(b)は負荷点CのB-B’断面を示している。なお、本実施形態のおいては、一例として、取得する断面形状の幅を150mmとしたが、これに限るものではなく、パネル全体から一様(均一にバラ付いていること)に断面形状が取得できればよく、たとえば、パネルの形状や、材質および板厚、荷重をかけた際の応力範囲、性能予測の要求精度等に応じて適宜設定可能である。また、本実施形態においては、図5に示すA-A’断面およびB-B’断面のように、直交する2つの断面形状を取得することとしたが、これに限るものではなく、たとえば、性能予測精度向上のために、負荷点を中心とするその他の方向の断面形状をさらに取得することとしてもよい。 Figures 6(a) and (b) are diagrams showing an example of the cross-sectional shape of an engine hood. In detail, (a) shows the A-A' cross section at load point C, and (b) shows the B-B' cross section at load point C. In this embodiment, the width of the cross-sectional shape to be acquired is set to 150 mm as an example, but this is not limited to this. It is sufficient to acquire a uniform (evenly varying) cross-sectional shape from the entire panel. For example, this width can be set appropriately depending on the panel shape, material, and thickness, the stress range when a load is applied, the required accuracy of performance prediction, and other factors. In this embodiment, two orthogonal cross-sectional shapes are acquired, such as the A-A' cross section and the B-B' cross section shown in Figure 5. However, this is not limited to this. For example, to improve the accuracy of performance prediction, cross-sectional shapes in other directions centered on the load point may also be acquired.

さらに、点群座標データ生成部21は、負荷点毎に取得した断面形状(150mm幅)を、たとえば、5mm間隔(5mm×5mmの正方形)で区切り、負荷点毎に断面形状の点群(5mm角の中心点の集まり)を生成する(ステップS3)。断面形状を点群にした際の形状表現精度(フィレットR部等)と特徴量の個数バランスから、点群を構成する各点の間隔を5mmとした。そして、点群座標データ生成部21は、3D座標空間上に配置されたエンジンフードの3D形状データに基づき、点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得し、負荷点毎に断面形状の点群座標データを生成し(ステップS4)、記憶部12に記憶する。図6(c)および(d)は、たとえば、図5の負荷点Cにおいて取得した断面形状を点群化した状態のイメージを示す模式図であり、詳細には、(c)は負荷点CのA-A’断面の点群化イメージを示し、(b)は負荷点CのB-B’断面の点群化イメージを示している。また、図7は、点群座標データの一例を示す図である。なお、本実施形態のおいては、一例として、点群における各点の間隔を5mmとしたが、これに限るものではなく、たとえば、パネルの形状や、材質および板厚、荷重をかけた際の応力範囲、性能予測の要求精度等に応じて適宜設定可能である。 The point cloud coordinate data generator 21 then divides the cross-sectional shape (150 mm wide) acquired for each load point into 5 mm intervals (5 mm x 5 mm squares), for example, and generates a point cloud of the cross-sectional shape (a collection of center points of 5 mm squares) for each load point (step S3). The spacing between each point constituting the point cloud was set to 5 mm based on the balance between the shape representation accuracy (fillet R, etc.) and the number of features when the cross-sectional shape was converted into a point cloud. The point cloud coordinate data generator 21 then acquires the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point constituting the point cloud based on the 3D shape data of the engine hood arranged in 3D coordinate space, generates point cloud coordinate data of the cross-sectional shape for each load point (step S4), and stores this in the memory unit 12. Figures 6(c) and (d) are schematic diagrams showing an image of the cross-sectional shape acquired at load point C in Figure 5 converted into a point cloud. In detail, (c) shows a point cloud image of the A-A' cross section at load point C, and (b) shows a point cloud image of the B-B' cross section at load point C. Figure 7 is a diagram showing an example of point cloud coordinate data. Note that in this embodiment, the spacing between points in the point cloud is set to 5 mm as an example, but this is not limited to this and can be set appropriately depending on, for example, the shape, material, and thickness of the panel, the stress range when a load is applied, the required accuracy of performance prediction, etc.

上述のように、点群座標データ生成部21が負荷点毎の点群座標データを生成後、つぎに、データセット生成部22では、記憶部12から、点群座標データと、3D設計情報(エンジンフードを構成する各部品の材質および板厚の情報を含む)と、予めCAE解析により取得し記憶しておいた負荷点毎のたわみ量(性能情報)とを読み出し、点群座標データを形成する各点の座標と、それら各点の材質および板厚と、負荷点毎のたわみ量を紐づけて、機械学習のためのデータセットを生成する(ステップS5)。すなわち、機械学習アルゴリズムで使用するデータセットは、1つの負荷点に対応する点群座標データを形成する各点の座標と、それら各点の材質および板厚とを関連付けたデータを説明変数(入力データ)とし、予め取得しておいたその負荷点のたわみ量を目的変数(教師データ)とし、負荷点毎に用意された入力データに対して各負荷点に対応する教師データを個別に紐づけたデータセットである。そして、データセット生成部22は、生成したデータセットを記憶部12に記憶する。 As described above, after the point cloud coordinate data generator 21 generates point cloud coordinate data for each load point, the dataset generator 22 reads from the storage unit 12 the point cloud coordinate data, 3D design information (including information on the material and thickness of each component constituting the engine hood), and the deflection amount (performance information) for each load point previously acquired through CAE analysis and stored. The dataset generator 22 then links the coordinates of each point forming the point cloud coordinate data, the material and thickness of each point, and the deflection amount for each load point to generate a dataset for machine learning (step S5). That is, the dataset used in the machine learning algorithm uses data linking the coordinates of each point forming the point cloud coordinate data corresponding to a single load point with the material and thickness of each point as explanatory variables (input data), the deflection amount for that load point previously acquired as the objective variable (training data), and the training data corresponding to each load point individually linked to the input data prepared for each load point. The dataset generation unit 22 then stores the generated dataset in the storage unit 12.

図8は、性能予測モデルを生成するためのデータセット(負荷点143カ所分のデータセットうちの性能予測モデルを生成するための120カ所分のデータセット)の一例を示す図である。制御部11の機械学習部23は、図8に示す負荷点120カ所分のデータセットを記憶部12から読み出し、機械学習アルゴリズムの1つであるニューラルネットワークを利用して、データセットによる教師あり学習を行わせることにより、たとえば、自動車のエンジンフードの任意の箇所に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを生成する(ステップS6)。すなわち、本実施形態においては、機械学習アルゴリズムを利用して、自動車のエンジンフードの3D形状データ(たとえば、負荷点毎の点群座標データ)、材質および板厚と、エンジンフードの各負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量と、の相関を学習させることにより、自動車のエンジンフードの任意の箇所に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを生成する。 Figure 8 shows an example of a dataset for generating a performance prediction model (a dataset for 120 load points out of a dataset for 143 load points for generating a performance prediction model). The machine learning unit 23 of the control unit 11 reads the dataset for 120 load points shown in Figure 8 from the storage unit 12 and performs supervised learning using the dataset using a neural network, which is a machine learning algorithm, to generate a performance prediction model that predicts the amount of deflection when a constant load is applied to any location on the automobile engine hood (step S6). That is, in this embodiment, a machine learning algorithm is used to learn the correlation between the 3D shape data (e.g., point cloud coordinate data for each load point), material, and plate thickness of the automobile engine hood and the amount of deflection when a constant load is applied to each load point on the engine hood, thereby generating a performance prediction model that predicts the amount of deflection when a constant load is applied to any location on the automobile engine hood.

なお、本実施形態においては、上述したように、機械学習用に143件(負荷点:143カ所分)のデータセットを用意した。そのうち、120件を、性能予測モデルを生成するためのデータセットとして使用、すなわち、80件を学習データとして使用し、40件を評価用データとして使用する。そして、残りの23件をテスト用データとして使用する。ここで、学習データは、性能予測モデルの学習に使用されるデータセットであり、評価用データは、モデルの性能を検証するために使用されるデータセットであり、テスト用データは、予め取得しておいたたわみ量との比較でモデルの最終的な評価を行うためのデータセットである。また、学習データは、たとえば、過学習および学習不足が発生することなく、所望の予測精度(たとえば、決定係数R2が0.8~0.9の範囲)が得られるだけの件数を用意する。また、本実施形態における性能予測モデルの性能評価には、評価指標の一例である平均二乗誤差(MSE:Mean Squared Error)や平均絶対誤差(MAE:Mean Absolute Error)を採用する。すなわち、それらの値が小さいほど誤差の少ないモデルといえる。なお、評価指標はこれに限定されるものではない。 In this embodiment, as described above, 143 datasets (143 load points) were prepared for machine learning. Of these, 120 were used as datasets for generating the performance prediction model; that is, 80 were used as training data and 40 were used as evaluation data. The remaining 23 were used as test data. Here, the training data is a dataset used to train the performance prediction model, the evaluation data is a dataset used to verify the performance of the model, and the test data is a dataset used for final evaluation of the model by comparing it with previously acquired deflection amounts. Furthermore, a sufficient number of training data is prepared to achieve the desired prediction accuracy (e.g., a coefficient of determination R2 in the range of 0.8 to 0.9) without overfitting or underfitting. Furthermore, the performance of the performance prediction model in this embodiment is evaluated using evaluation indices such as mean squared error (MSE) and mean absolute error (MAE). In other words, the smaller these values, the less error there is in the model. Note that evaluation indices are not limited to these.

図9は、機械学習によるモデルの評価結果を示す図であり、たとえば、学習の程度(Epochs)に対する平均二乗誤差および平均絶対誤差の推移を示したものである。図9に示すとおり、本実施形態の性能予測モデルは、学習が進むほど平均二乗誤差および平均絶対誤差が小さくなっていることから、学習が順調に進んでいることが確認できる。また、エポック数:50くらいからは平均二乗誤差および平均絶対誤差が十分に小さく、以後、変化が少ないことから、本実施形態においては、性能予測モデルの学習にはエポック数:50程度が適していると言える。 Figure 9 shows the evaluation results of a machine learning model, showing, for example, the trends in mean squared error and mean absolute error versus the degree of learning (epochs). As shown in Figure 9, the mean squared error and mean absolute error of the performance prediction model of this embodiment decrease as learning progresses, confirming that learning is progressing smoothly. Furthermore, since the mean squared error and mean absolute error become sufficiently small from around epoch number: 50 and change little thereafter, it can be said that in this embodiment, an epoch number of around 50 is suitable for training a performance prediction model.

また、図10は、テスト用データの23件を用いた、学習済みの性能予測モデルによる予測結果を示す図である。ここでは、性能予測モデルから出力された予測値(たわみ量)と、教師データ(実測値:予め取得しておいたたわみ量)とをプロットし、その結果を観察した。図10では、丸印のプロットデータを結んだ実測値の直線に対して決定係数R2=0.8以上となる範囲を、点線で示している。その結果、性能予測モデルの予測値(×印で示す23カ所のたわみ量)の近似曲線は、決定係数R2=0.8以上を満たしており、良好な予測結果が得られたと言える。 Figure 10 shows the prediction results of the trained performance prediction model using 23 test data sets. Here, the predicted values (deflection amounts) output from the performance prediction model were plotted against the training data (actual measurements: deflection amounts acquired in advance), and the results were observed. In Figure 10, the dotted line indicates the range where the coefficient of determination for the line of actual measurements connecting the plotted data (circles) is R2 = 0.8 or greater. As a result, the approximation curve for the predicted values of the performance prediction model (deflection amounts at 23 locations indicated by crosses) satisfied the coefficient of determination R2 = 0.8 or greater, indicating that good prediction results were obtained.

<機械学習アルゴリズムの一例>
本実施形態において使用する機械学習アルゴリズムは、たとえば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolution Neural Network)や再帰型ニューラルネットワーク(RNN:Recurrent Neural Network)等の既知のニューラルネットワークである。制御部11の機械学習部23は、たとえば、ニューラルネットワークの出力層の出力である予測結果(たわみ量)と教師データ(たわみ量)との平均二乗誤差を計算し、この誤差が最小となるように、予め規定するエポック(Epochs)数にわたって繰り返し学習を行う。
<Example of a machine learning algorithm>
The machine learning algorithm used in this embodiment is, for example, a known neural network such as a convolutional neural network (CNN) or a recurrent neural network (RNN). The machine learning unit 23 of the control unit 11 calculates the mean square error between the predicted result (deflection amount), which is the output of the output layer of the neural network, and the training data (deflection amount), and repeatedly performs learning over a predetermined number of epochs so as to minimize this error.

なお、本実施形態においては、機械学習アルゴリズムの一例としてCNNやRNN等のニューラルネットワークを用い、上述した性能予測モデルを生成することとしたが、性能予測モデルを生成するための機械学習アルゴリズムは、これに限るものではない。たとえば、ランダムフォレストやブーステッド決定木等、他の機械学習アルゴリズムを使用することも可能である。 In this embodiment, the above-mentioned performance prediction model is generated using neural networks such as CNN and RNN as an example of a machine learning algorithm, but the machine learning algorithm for generating the performance prediction model is not limited to this. For example, other machine learning algorithms such as random forests and boosted decision trees can also be used.

<性能予測処理>
つづいて、本実施形態の性能予測システム1における性能予測処理について詳細に説明する。図11は、性能予測処理を実施する制御部11の機能を示す機能ブロック図であり、図12は、性能予測処理の一例を示すフローチャートである。
<Performance prediction processing>
Next, a detailed description will be given of the performance prediction process in the performance prediction system 1 of this embodiment. Fig. 11 is a functional block diagram showing the functions of the control unit 11 that performs the performance prediction process, and Fig. 12 is a flowchart showing an example of the performance prediction process.

図11において、制御部11は、前述した点群座標データ生成部21と、入力データ生成部26と、性能予測モデルとして動作する性能予測部27とを有する。本実施形態においては、上記同様、金属製の各種パネルの一例として、自動車のエンジンフードの3D設計情報を用い、さらに、上記で生成した学習モデル(性能予測モデル)を用いて、エンジンフードにおける性能予測点(たわみ量を知りたい任意の箇所)のたわみ量を予測する場合について説明する。すなわち、本実施形態においては、学習済みの性能予測モデルを用いて、自動車のエンジンフードの性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する。 In FIG. 11, the control unit 11 has the point cloud coordinate data generation unit 21 described above, the input data generation unit 26, and the performance prediction unit 27 that operates as a performance prediction model. In this embodiment, as above, 3D design information for an automobile engine hood is used as an example of various metal panels, and the learning model (performance prediction model) generated above is used to predict the amount of deflection at a performance prediction point on the engine hood (any point where the amount of deflection is desired). That is, in this embodiment, the learned performance prediction model is used to predict the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point on the automobile engine hood.

具体的には、まず、作業者による入力部13の操作により性能予測処理の実行が指示された場合、制御部11の点群座標データ生成部21は、記憶部12からエンジンフードの3D設計情報を読み出し、その3D設計情報から得られる3D形状データに基づいてエンジンフード(形状)を3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置する(ステップS11)。この際、表示部15には、エンジンフードの3D画像が表示される(図4参照)。 Specifically, when an operator operates the input unit 13 to instruct execution of the performance prediction process, the point cloud coordinate data generator 21 of the control unit 11 reads 3D design information for the engine hood from the memory unit 12 and places the engine hood (shape) in 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on the 3D shape data obtained from the 3D design information (step S11). At this time, a 3D image of the engine hood is displayed on the display unit 15 (see Figure 4).

つぎに、作業者による入力部13の操作により、たわみ量を知りたいエンジンフード上の任意の位置である性能予測点が設定された場合、点群座標データ生成部21は、3D設計情報から、性能予測点周辺のエンジンフードの断面形状を取得する(ステップS12)。具体的には、性能予測点を中心とする、たとえば、前後左右150mm幅のエンジンフードの断面形状を取得する。すなわち、本実施形態においては、性能予測点を中心とする左右方向150mm幅のエンジンフードの断面形状と、性能予測点を中心とする前後方向150mm幅のエンジンフードの断面形状とを取得する(図5および図6参照)。なお、ここで取得する断面形状の幅寸法については、性能予測モデル生成時において取得した断面形状の幅寸法と同じ寸法とする(図3のステップS2参照)。 Next, when the operator operates the input unit 13 to set a performance prediction point, which is an arbitrary position on the engine hood where the amount of deflection is desired, the point cloud coordinate data generator 21 acquires the cross-sectional shape of the engine hood around the performance prediction point from the 3D design information (step S12). Specifically, the cross-sectional shape of the engine hood, for example, 150 mm wide in the front-to-back and left-to-right directions, centered on the performance prediction point, is acquired. That is, in this embodiment, the cross-sectional shape of the engine hood, 150 mm wide in the left-to-right direction and centered on the performance prediction point, and the cross-sectional shape of the engine hood, 150 mm wide in the front-to-back direction and centered on the performance prediction point, are acquired (see Figures 5 and 6). Note that the width dimension of the cross-sectional shape acquired here is the same as the width dimension of the cross-sectional shape acquired when generating the performance prediction model (see step S2 in Figure 3).

さらに、点群座標データ生成部21は、性能予測点を中心とする前後方向および左右方向の断面形状(150mm幅)を、たとえば、5mm間隔(5mm×5mmの正方形)で区切り、性能予測点における断面形状の点群(5mm角の中心点の集まり)を生成する(ステップS13)。そして、点群座標データ生成部21は、3D座標空間上に配置されたエンジンフードの3D形状データに基づき、点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得し、性能予測点における断面形状の点群座標データを生成し(ステップS14)(図6(c)、(d)および図7参照)、記憶部12に記憶する。なお、性能予測点における断面形状の点群を構成する各点の間隔は、性能予測モデル生成時において負荷点毎に取得した断面形状の点群を構成する各点の間隔と同じ間隔とする(図3のステップS3参照)。 Furthermore, the point cloud coordinate data generator 21 divides the cross-sectional shape (150 mm wide) in the longitudinal and lateral directions centered on the performance prediction point into, for example, 5 mm intervals (5 mm x 5 mm squares) and generates a point cloud (a collection of center points of 5 mm squares) of the cross-sectional shape at the performance prediction point (step S13). The point cloud coordinate data generator 21 then obtains the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud based on the 3D shape data of the engine hood arranged in 3D coordinate space, generates point cloud coordinate data of the cross-sectional shape at the performance prediction point (step S14) (see Figures 6(c), (d), and 7), and stores this in the memory unit 12. The spacing between each point forming the point cloud of the cross-sectional shape at the performance prediction point is set to the same spacing as the spacing between each point forming the point cloud of the cross-sectional shape obtained for each load point when generating the performance prediction model (see step S3 in Figure 3).

上述のように、点群座標データ生成部21が性能予測点における点群座標データを生成後、つぎに、入力データ生成部26では、記憶部12から、性能予測点における点群座標データおよび3D設計情報(エンジンフードを構成する各部品の材質および板厚の情報を含む)を読み出し、点群座標データを形成する各点の座標と、それら各点の材質および板厚とを紐づけて、性能予測モデルへの入力となる入力データを生成する(ステップS15)。そして、入力データ生成部26は、生成した入力データを性能予測モデルとして動作する性能予測部27に入力する。 After the point cloud coordinate data generation unit 21 generates the point cloud coordinate data for the performance prediction points as described above, the input data generation unit 26 then reads the point cloud coordinate data for the performance prediction points and 3D design information (including information on the material and thickness of each component that makes up the engine hood) from the storage unit 12, and links the coordinates of each point that form the point cloud coordinate data with the material and thickness of each point to generate input data that will be input to the performance prediction model (step S15). The input data generation unit 26 then inputs the generated input data to the performance prediction unit 27, which operates as a performance prediction model.

性能予測部27は、入力データ生成部26により生成された入力データを受け付け、性能予測モデルを用いて、エンジンフードにおける性能予測点(たわみ量を知りたい任意の箇所)のたわみ量を予測する(ステップS16)。すなわち、本実施形態においては、学習済みの性能予測モデルを用いて、自動車のエンジンフードの性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量(性能予測点におけるたわみ量)を予測する。そして、性能予測点におけるたわみ量は、性能予測値として表示部15に表示される。 The performance prediction unit 27 accepts the input data generated by the input data generation unit 26 and uses the performance prediction model to predict the amount of deflection at the performance prediction point on the engine hood (any point where the amount of deflection is desired) (step S16). That is, in this embodiment, the trained performance prediction model is used to predict the amount of deflection (the amount of deflection at the performance prediction point) when a certain load is applied to the performance prediction point on the automobile engine hood. The amount of deflection at the performance prediction point is then displayed on the display unit 15 as a performance prediction value.

<効果>
以上のように、本実施形態の性能予測システム1は、自動車の車体を構成する金属製のパネル(たとえば、自動車のエンジンフード等)の性能の1つである、荷重に対するたわみ量を予測するものである。具体的には、エンジンフードに一様に設けられた負荷点周辺の点群の点群座標データ(図7参照)とその点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けたデータを説明変数とし、各負荷点における説明変数(入力データ)と負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量である目的変数(教師データ)とを負荷点毎に紐づけたデータセット(図8参照)を記憶する記憶部12を備え、機械学習部23が、記憶部12から読み出したデータセットを用いて、エンジンフードの性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを機械学習により生成する。そして、性能予測部27が、エンジンフードの任意の箇所である性能予測点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けた入力データを受け付け、学習済みの性能予測モデルを用いて、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する。
<Effects>
As described above, the performance prediction system 1 of this embodiment predicts the amount of deflection due to a load, which is one of the performance characteristics of a metal panel (e.g., an engine hood of an automobile) that constitutes the body of an automobile. Specifically, the system includes a storage unit 12 that stores a data set (see FIG. 8 ) in which, for each load point, explanatory variables are used, which associates point cloud coordinate data (see FIG. 7 ) of a point cloud around load points uniformly provided on the engine hood with information on the material and plate thickness of each point that constitutes the point cloud, and the explanatory variables (input data) at each load point are linked to a target variable (teacher data) that is the amount of deflection when a certain load is applied to the load point. The machine learning unit 23 uses the data set read from the storage unit 12 to generate, by machine learning, a performance prediction model that predicts the amount of deflection when a certain load is applied to a performance prediction point of the engine hood. The performance prediction unit 27 then receives input data that associates point cloud coordinate data of a point cloud around a performance prediction point, which is any location on the engine hood, with information on the material and plate thickness of each point that makes up the point cloud, and predicts the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point using the trained performance prediction model.

さらに、記憶部12には、エンジンフードの3D設計情報と、3D設計情報に関連付けられたエンジンフードの材質および板厚の情報と、既知の手法で予め取得しておいた各負荷点におけるたわみ量とを予め記憶することとした。そして、点群座標データ生成部21が、エンジンフードの3D設計情報に基づいて、そのエンジンフードを3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置し、負荷点または性能予測点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得し、取得した断面形状を所定角の正方形で区切ることによってその中心点の集まりである点群を生成し、当該点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得して点群座標データを生成することとした。 Furthermore, the memory unit 12 pre-stores 3D design information for the engine hood, information on the material and plate thickness of the engine hood associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point previously obtained using a known method. The point cloud coordinate data generation unit 21 then positions the engine hood in 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on the 3D design information for the engine hood, obtains multiple cross-sectional shapes of the panel centered on the load point or performance prediction point, divides the obtained cross-sectional shapes into squares of specified angles to generate a point cloud, which is a collection of center points, and obtains the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud to generate point cloud coordinate data.

これにより、データセット生成部22が、上記点群座標データ生成部21により生成された点群座標データ、エンジンフードの3D設計情報と、その3D設計情報に関連付けられたエンジンフードの材質および板厚の情報と、予め取得しておいた各負荷点におけるたわみ量とに基づいて、学習モデル生成のためのデータセットを生成することができる。また、入力データ生成部26が、上記点群座標データ生成部21により生成された点群座標データ、エンジンフードの3D設計情報と、その3D設計情報に関連付けられたエンジンフードの材質および板厚の情報とに基づいて、性能予測のための入力データを生成することができる。 As a result, the dataset generation unit 22 can generate a dataset for generating a learning model based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation unit 21, the 3D design information of the engine hood, the material and thickness information of the engine hood associated with the 3D design information, and the deflection amount at each load point acquired in advance. Furthermore, the input data generation unit 26 can generate input data for performance prediction based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation unit 21, the 3D design information of the engine hood, and the material and thickness information of the engine hood associated with the 3D design information.

このように、本実施形態の性能予測システム1によれば、性能予測モデル導入により、自動車用の各種パネルの任意の位置(性能予測点)に負荷をかけた際のたわみ量の算定にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、性能予測モデルの利用により、作業者によってばらつきが発生することがなくなるので、デント性能を安定的かつ高精度に予測することができる。 In this way, with the performance prediction system 1 of this embodiment, by introducing a performance prediction model, it is possible to significantly reduce the time required to calculate the amount of deflection when a load is applied to any position (performance prediction point) on various automotive panels. Furthermore, the use of a performance prediction model eliminates variations that occur between workers, allowing for stable and highly accurate prediction of dent performance.

なお、本実施形態においては、金属製の各種パネルの一例として、自動車のエンジンフードを用いることとしたが、これに限るものではなく、本実施形態の学習モデル生成処理および性能予測処理については、たとえば、エンジンフードの他、フロントフェンダー、ルーフパネル、ドア等、自動車の車体を構成するすべての金属製パネルに対して適用可能である。 In this embodiment, an automobile engine hood is used as an example of various metal panels, but this is not limited to this. The learning model generation process and performance prediction process of this embodiment can be applied to all metal panels that make up an automobile body, such as engine hoods, front fenders, roof panels, doors, etc.

また、本実施形態においては、金属製パネルの任意の位置に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを生成することとしたが、たとえば、説明変数として荷重の情報(荷重の大きさ、荷重方向等)を加えることにより、荷重の大きさや荷重方向に対応するたわみ量を予測する性能予測モデルを生成することも可能である。 In addition, in this embodiment, a performance prediction model is generated that predicts the amount of deflection when a certain load is applied to an arbitrary position on a metal panel. However, it is also possible to generate a performance prediction model that predicts the amount of deflection corresponding to the magnitude and direction of the load by adding load information (such as the magnitude and direction of the load) as an explanatory variable.

1 性能予測システム
11 制御部
12 記憶部
13 入力部
14 インタフェース(I/F)部
15 表示部
16 通信部
21 点群座標データ生成部
22 データセット生成部
23 機械学習部
24 CADシステム
25 CAEシステム
26 入力データ生成部
27 性能予測部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Performance prediction system 11 Control unit 12 Memory unit 13 Input unit 14 Interface (I/F) unit 15 Display unit 16 Communication unit 21 Point cloud coordinate data generation unit 22 Data set generation unit 23 Machine learning unit 24 CAD system 25 CAE system 26 Input data generation unit 27 Performance prediction unit

Claims (5)

自動車の車体を構成する金属製のパネルの性能を予測する性能予測システムにおいて、
前記パネルに一様に設けられた負荷点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けたデータを説明変数とし、各負荷点における説明変数と負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量である目的変数とを負荷点毎に紐づけたデータセットを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から読み出したデータセットを用いて、前記パネルの任意の箇所である性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを機械学習により生成するモデル生成手段と、
性能予測点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けた入力データを受け付け、学習済みの性能予測モデルを用いて、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測手段と、
を備える、
ことを特徴とする性能予測システム。
In a performance prediction system that predicts the performance of metal panels that make up an automobile body,
a storage means for storing a data set in which explanatory variables are data relating point cloud coordinate data of a point cloud around load points uniformly provided on the panel with information on the material and plate thickness of each point constituting the point cloud, and the explanatory variables at each load point are linked to a target variable, which is the amount of deflection when a certain load is applied to the load point;
a model generation means for generating a performance prediction model by machine learning, using the data set read from the storage means, to predict the amount of deflection when a certain load is applied to a performance prediction point, which is an arbitrary location of the panel; and
a performance prediction means for receiving input data that associates point cloud coordinate data of a point cloud around a performance prediction point with information on the material and plate thickness of each point that constitutes the point cloud, and predicting the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point using a trained performance prediction model;
Equipped with
A performance prediction system comprising:
前記記憶手段には、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とを予め記憶することとし、
さらに、
前記パネルの3D設計情報に基づいて、前記パネルを3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置し、負荷点または性能予測点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得し、取得した断面形状を所定角の正方形で区切ることによってその中心点の集まりである点群を生成し、当該点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得して前記点群座標データを生成する点群座標データ生成手段と、
前記点群座標データ生成手段により生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、前記既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とに基づいて、モデル生成のための前記データセットを生成するデータセット生成手段と、
前記点群座標データ生成手段により生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報とに基づいて、性能予測のための前記入力データを生成する入力データ生成手段と、
を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の性能予測システム。
The storage means stores in advance 3D design information of the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point obtained by a known method;
moreover,
a point cloud coordinate data generation means for arranging the panel in a 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on 3D design information of the panel, acquiring a plurality of cross-sectional shapes of the panel centered on a load point or a performance prediction point, dividing the acquired cross-sectional shapes into squares of a predetermined angle to generate a point cloud which is a collection of center points, acquiring the coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud to generate the point cloud coordinate data;
a dataset generation means for generating the dataset for model generation based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation means, 3D design information of the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the amount of deflection at each load point obtained by the known method;
an input data generation means for generating the input data for performance prediction based on the point cloud coordinate data generated by the point cloud coordinate data generation means, 3D design information of the panel, and information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information;
Equipped with
The performance prediction system according to claim 1 .
自動車の車体を構成する金属製のパネルの性能を予測する性能予測方法であって、
前記パネルに一様に設けられた負荷点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けたデータを説明変数とし、各負荷点における説明変数と負荷点に一定の荷重をかけた際のたわみ量である目的変数とを負荷点毎に紐づけたデータセットをメモリに記憶するデータセット記憶ステップと、
前記メモリから読み出したデータセットを用いて、前記パネルの任意の箇所である性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測モデルを機械学習により生成するモデル生成ステップと、
性能予測点周辺の点群の点群座標データと当該点群を構成する各点の材質および板厚の情報とを関連付けた入力データを受け付け、学習済みの性能予測モデルを用いて、性能予測点に一定の荷重をかけた際のたわみ量を予測する性能予測ステップと、
前記予測の結果をディスプレイに表示する表示ステップと、
を含む、
ことを特徴とする性能予測方法。
A performance prediction method for predicting the performance of a metal panel that constitutes a body of an automobile, comprising:
a data set storage step of storing in memory a data set in which, for each load point, the explanatory variables are linked to a response variable, which is the amount of deflection when a certain load is applied to the load point; and the data set is stored in memory, the explanatory variables being data that associates point cloud coordinate data of a point cloud around a load point uniformly provided on the panel with information on the material and plate thickness of each point constituting the point cloud.
a model generation step of generating, by machine learning, a performance prediction model that predicts the amount of deflection when a certain load is applied to a performance prediction point, which is an arbitrary location of the panel, using the data set read from the memory; and
a performance prediction step of receiving input data that associates point cloud coordinate data of a point cloud around a performance prediction point with information on the material and plate thickness of each point that constitutes the point cloud, and predicting the amount of deflection when a certain load is applied to the performance prediction point using a trained performance prediction model;
a display step of displaying the result of the prediction on a display;
Including,
A performance prediction method comprising:
前記メモリには、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とを予め記憶することとし、
さらに、前記性能予測モデルを生成するための前処理として、
前記パネルの3D設計情報に基づいて、前記パネルを3D座標空間上(X座標、Y座標、Z座標)に配置する形状配置ステップと、
負荷点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得する断面形状取得ステップと、
得られた断面形状を所定角の正方形で区切ることによってその中心点の集まりである点群を生成する点群生成ステップと、
点群を形成する各点の座標(X座標、Y座標、Z座標)を取得して点群座標データを生成する点群座標データ生成ステップと、
前記点群座標データ生成ステップにおいて生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報と、前記既知の手法で取得した各負荷点におけるたわみ量とに基づいて、モデル生成のための前記データセットを生成するデータセット生成ステップと、
を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の性能予測方法。
The memory stores in advance 3D design information of the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and a deflection amount at each load point obtained by a known method;
Furthermore, as a preprocessing for generating the performance prediction model,
a shape placement step of placing the panel in a 3D coordinate space (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) based on 3D design information of the panel;
a cross-sectional shape acquisition step of acquiring a plurality of cross-sectional shapes of the panel centered on a load point;
a point cloud generation step of dividing the obtained cross-sectional shape into squares of a predetermined angle to generate a point cloud which is a collection of center points of the squares;
a point cloud coordinate data generation step of acquiring coordinates (X coordinate, Y coordinate, Z coordinate) of each point forming the point cloud and generating point cloud coordinate data;
a dataset generation step of generating the dataset for model generation based on the point cloud coordinate data generated in the point cloud coordinate data generation step, 3D design information of the panel, information on the material and thickness of the panel associated with the 3D design information, and the deflection amount at each load point acquired by the known method;
Including,
4. The performance prediction method according to claim 3.
さらに、前記性能予測ステップの前処理として、
前記形状配置ステップと、
性能予測点を中心とする前記パネルの複数の断面形状を取得する前記断面形状取得ステップと、
前記点群生成ステップと、
前記点群座標データ生成ステップと、
前記点群座標データ生成ステップにおいて生成された点群座標データと、前記パネルの3D設計情報と、前記3D設計情報に関連付けられた前記パネルの材質および板厚の情報とに基づいて、性能予測のための前記入力データを生成する入力データ生成ステップと、
を含む、
ことを特徴とする請求項4に記載の性能予測方法。
Furthermore, as a preprocessing step of the performance prediction step,
the shape placement step;
a cross-sectional shape acquisition step of acquiring a plurality of cross-sectional shapes of the panel centered on a performance prediction point;
the point cloud generation step;
the point cloud coordinate data generation step;
an input data generation step of generating the input data for performance prediction based on the point cloud coordinate data generated in the point cloud coordinate data generation step, 3D design information of the panel, and information on the material and plate thickness of the panel associated with the 3D design information;
Including,
5. The performance prediction method according to claim 4.
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