JP2688633B2 - 機構解析システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機構解析システムに係り、特に、機構系が
動作途中でモデルを変更するとき、それ以後の運動を記
述できるように、計算モデルも変更する必要がある場合
に好適な機構解析システムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来は、例えば、本江，黒岩，佐藤「機構設計用ソフ
トフェアLiMDES」昭和62年『東芝レビュー』42巻１号pp
8−11に記載のように、機構解析の対象するモデルが１
つだけであり、機構系が作動途中でそのモデルを変更す
る場合は、まず、第１のモデルで解析を行い、その結果
をもとにデータを再入力し第２のモデルの生成と計算と
を改めて行うというように、複数回の解析操作起動が必
要であった。

一方、複数モデルを使用するものとしては、特開昭55
−164959号等が知られている。ただし、これらの例は、
複数のシミュレーションモデルを同期させつつシミュレ
ートするようにしたものであって、第１のモデル解析結
果を第２のモデルの変更に用いるというような変更はで
きなかった。すなわち、複数のモデルは並列に解析され
てしまうので、第１のモデルの解析結果を第２以降のモ
デルに反映させるためには、やはり、データを新たに入
れ直し、再起動する必要があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において、１個のモデルを用いる場合
は、例えば機構系が動作途中でモデルを変更するような
場合、その動作解析を１つの連続的なものとして取り扱
う点についての配慮がなく、複数個のデータ再入力と解
析操作起動とを必要とする問題があった。

一方、複数のモデルを用いる場合は、第１のモデルの
解析結果を第２以降のモデルに反映させようとする場
合、解析操作の途中でモデルを変更できなかった。

本発明の目的は、時系列的に変更される複数のモデル
を用いて機構を解析する際に、１回のデータ入力と一連
の計算処理とにより時系列的に変更される複数のモデル
を用いて機構解析可能な機構解析システムを提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、複数の機構モ
デルの計算モデルをシステム内に構築し時系列的に解析
する機構解析システムにおいて、モデル変更条件デー
タ，変更モデル指示データ，解析結果転送指示データか
らなるモデル間接続条件データとモデルデータと解析結
果とを格納する記憶部と、モデルデータを解析する解析
演算部とモデルデータおよびモデル変更条件データによ
り計算モデルの変更の要否を判定するモデル変更判定部
とを含む解析計算部と、モデル変更判定部の判定結果に
応じて変更モデル指示データに基づき計算モデルを次期
モデルに変更し解析結果転送指示データに基づき計算モ
デルのデータのうち必要なデータを次期モデルの初期デ
ータとして転送するモデル変更処理部とを備えた機構解
析システムを提案するものである。

前記モデルデータとモデル間接続条件データと解析結
果とを格納する外部記憶装置を備えることが望ましい。

また、機構解析のみでなく、機構解析と変形等の解析
との複合解析が必要な場合は、複合解析の代わりに、注
目する各時点における変形等を前記機構にそれぞれ分配
した計算モデルを生成する手段を備えると、機構解析の
みの計算で時系列的に解析することが可能となる。

いずれの場合も、解析対象の機構の要素を候補として
画面に表示し入力装置からの指示により選択させ計算モ
デルを生成する手段を備えることができる。

〔作用〕

本発明においては、複数モデルによる解析を実行する
場合、モデル番号を付加したモデルデータとモデル間接
続条件データとを一対にしたデータ群を複数個入力し、
システム中の記憶部に格納しておく。記憶されたモデル
データの内、モデル間接続条件データは、モデル変更に
関するモデル変更条件データ，変更モデル指示データ，
解析結果転送指示データからなるデータであり、各モデ
ルについて、例えば第５図に示すようなデータ構造にし
てある。

システム内には、動作収束演算を実行する解析演算部
とモデル変更判定部とを有する解析計算部を設ける。解
析演算部は、動作収束演算により機構モデルを解析す
る。システム内には、解析結果を記憶する解析結果記憶
部を設ける。各モデルでの解析結果は、この解析結果記
憶部に書き込まれる。モデル変更判定部は、書き込まれ
た解析結果を前記モデル変更条件データに基づいて演算
し、変更が必要か否かを判定する。

また、モデル変更処理部を設け、モデル変更の際に
は、変更モデル指示データに基づき、記憶してある複数
のモデルデータの中から次期モデルデータを取り出し管
理する。モデル変更が必要な場合は、解析結果転送指示
データに基づき必要なデータを次期モデルに初期データ
として転送するとともに、これまでの結果と解析モデル
とを外部記憶装置に出力し、次期モデルでの解析結果を
新しく入力するために記憶領域内をクリアする。解析が
終了した場合も、モデルデータと解析結果とを外部記憶
装置に出力し、解析結果データを保存管理する。

したがって、時系列的に関連のある複数モデルの解析
を１回のデータ入力と計算処理起動により自動的に行う
ことが可能となる。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明による機構解析システムの構成の一例を第１図
に示す。図において、１は入力されたモデルデータおよ
びモデル間接続条件データを記憶する記憶部、２は解析
処理を実行する解析計算部、３はモデル変更に関する処
理を実行するモデル変更処理部、４は解析結果を一時記
憶する解析結果記憶部、５は解析モデルや解析結果を記
憶する外部記憶装置である。記憶部１には、解析モデル
データを格納する領域が設けられている。また、解析計
算部２は、動作収束演算を実行する解析演算部とモデル
変更判定演算部とからなる。

第２図は、本システムの処理手順を示すフローチャー
トである。まず、モデルデータおよびモデル間接続条件
データを入力する（ステップ21）。入力されたモデルデ
ータおよびモデル接続条件データは、例えば、第５図に
示すようなデータ構造を持ち、記憶部１内に記憶される
（ステップ22）。次に、モデルデータおよびモデル間接
続条件データ呼び出しの指令または要求があると、モデ
ルデータおよびモデル間接続条件データを呼び出し、こ
れらを解析対象のデータとして記憶する（ステップ2
3）。次に、モデル変更条件データを抽出し（ステップ2
4）、解析計算部２内の解析演算部にモデルデータとモ
デル変更条件データを転送し（ステップ25）、解析計算
を実行するとともに、モデル変更判定処理を行う（ステ
ップ26）。モデル変更が必要な場合は、モデル変更処理
部３により、変更モデル指示データに基づき次期モデル
を取り出し、解析結果転送指示データに基づき前のモデ
ルでの解析結果のうちから必要なデータを次期モデルデ
ータに転送する等のモデル変更処理を実行し（ステップ
27）、そのデータを解析計算部２に転送し、新たなモデ
ルでの解析を始める。

モデル変更を必要としない場合は、同一モデルでの解
析を解析終了までの継続する。

上記処理を各モデルについて実行すると、複数モデル
での解析が１回の計算処理起動で済むことになる。

第３図は、解析計算部２の処理手順を示すフローチャ
ートである。解析計算においては、動作解析時間を適当
に分割し（ステップ30,31）、その各時間毎に動作収束
計算を行う（ステップ32）。各時間毎の結果は、逐次解
析結果記憶部４に書き込まれる（ステップ33）。同時
に、その結果をもとにモデル変更判定処理を行う（ステ
ップ34）。モデル変更処理が必要なときは、モデルを変
更し（ステップ39）、上記処理をくり返す。

解析終了は、入力された動作解析時間により判断され
るが、モデルが複数の場合、各モデルでの動作時間を確
保し、その総和を求め、解析終了を判定する（ステップ
37）。さらに、解析が終了する場合、それまでの解析結
果記憶部４内のデータと解析モデルデータとは外部記憶
装置５に出力し、記憶する。

第４図は、モデル変更処理手順を示すフローチャート
である。モデルを変更する場合、まず第一に、解析モデ
ルデータ記憶領域内のデータを外部記憶装置５に出力し
（ステップ42）、同領域をクリアする（ステップ43）。
ここで次期モデルデータを取り込むには、クリアする前
に、モデル番号を記憶しておく必要がある（ステップ4
1）。記憶されているモデル番号をもとに次期モデルデ
ータを取り込み、解析モデルデータ記憶領域１に書き込
む（ステップ44）。さらに、解析結果とモデル間接続条
件データにより必要なデータを解析結果記憶部４から取
り出し、解析モデルデータに付加する（ステップ45）。
次に、解析結果を外部記憶装置５に出力し（ステップ4
6）、解析結果記憶部４内をクリアする（ステップ4
7）。以上の処理の後に、モデル変更条件データを解析
モデルデータに付加し、モデル変更後の解析を可能にす
る。なお、モデル間接続条件データを第５図に示すよう
な構造にすると、上記処理が円滑になり、モデルデータ
記憶部１と解析計算部２とのデータ交換が容易になる。

第３図、第４図に示されている処理手段および第５図
に示すデータ構造を採用することにより、モデルデータ
記憶部１と解析計算部２とのデータ交換が容易になり、
解析結果に応じて自動的に解析モデルを変更し、複数モ
デルでの解析を１回の計算処理起動ですませることが可
能になる。

第６図は、実際にモデルを変更する必要がある機構モ
デルの一例を示している。このモデルによると、対偶64
に回転トルクを与えた場合、すべり子65はストッパ66の
凹部に接するまではすべり対偶として作用し、その後に
すべり子65とストッパ66とは一体となり、１つの剛体リ
ンクとして作用することがわかる。上記動作を解析する
には、第７図（ａ），（ｂ）のモデル化が必要となり、
それぞれのモデルデータとモデル間接続条件データとを
本システムに入力し、モデルの動作挙動を解析すること
になる。すなわち、第７図（ａ），（ｂ）に示すモデル
をそれぞれ第１モデル，第２モデルとし、それぞれのモ
デル間接続条件データを作る。第１モデルでは、次期モ
デルとして第２モデルを指示し、モデル変更条件データ
として対偶75の位置変更量が第６図に示すｄの量に等し
くなった時というデータを、さらには、第１モデルの解
析結果のうちで対偶71から74までの位置データ，速度，
加速データ，外力（ここでは回転とトルク）を第２モデ
ルの対偶71から74までのそれぞれに対応させて、それら
を初期量として与えるデータを入力する。さらに第２モ
デルでは次期モデル指示データ部をブランクにしてお
き、それ以後のモデル変更はないものと見なし、解析計
算を行うことにする。以上のデータおよび手順により、
第６図に示すようなモデルの連続自動解析が可能とな
る。

次に、いくつかの部分的構造モデルで形成されてお
り、それらが１つの系をないしている複雑な機械システ
ムを解析する場合の実施例を第８図〜第10図に示す。

第８図に示すような機構系全体を解析する場合、１つ
のモデルで解析しようとすると、そのモデル化が非常に
複雑になる。そこで第８図に示す機構モデルを、第９図
（ａ）〜（ｃ）に示す３つのモデルに分割する。この分
割されたモデルについて、第10図に示すように、本シス
テムのモデル記憶部にデータを入力し、モデル変更処理
を実行し、各々のモデルでの解析結果のうち必要なもの
を各々のモデルに次々と引き渡し、処理する。このよう
にすると、指定時間△Ｔ毎に各モデル間でデータ交換が
なされ、第８図に示すように複雑なモデルの解析が可能
となる。なお、第10図において、番号を付していないス
テップは第３図とほぼ対応した処理を行う部分である。
ステップ101〜103は分割されたモデル間の変更処理、ス
テップ104〜106は外部条件、例えばエンジン水温の変化
による全体としてのモデルの変更に関する処理である。

次に機構系部品を駆動する部品の変形も考慮する必要
がある場合、または機構系部品自体の変形形態を考慮す
る必要がある場合についての実施例を第11図および第12
図に示す。

機構系部品または駆動部品の変形が無視できない場
合、従来は弾性変形の解析と機構系の運動の解析とを連
立させて解いていた。これに対し、本実施例では、変形
を含まない機構の解析を実行するプロセッサに、変形前
後の複数モデルの解析で変形という事象を代用させ、計
算の高速化を図っている。

第11図（ａ）に示すモータや（ｂ）に示す圧電素子ま
たはバイメタルによりリンク機構を駆動する場合を考え
る。

第12図（ａ）に示すように、モータに関しては、ロー
タの慣性体，軸のばね等の本来は機構学的アプローチに
なじまない部分をリンクおよびリンク同志の結合部に分
配してモデル化し、この部分についての機構系の解析を
行う。その結果を入力してリンクを解析する。さらに、
その結果を駆動機構系全体の解析の入力データとする。
この手順をくり返すと、変形を無視できない駆動部品に
結合されたリンク機構系の解析ができる。同様の処理
は、バイメタルなどの変形を駆動系とする部品について
も、第12図（ｃ）のようにして、実行可能である。な
お、モータの場合、質量の分配については、高速か低速
かに応じてモデル変更ができるようにしてある。すなわ
ち、解析途中で高速モデルに変更が生じた時は、第12図
（ｂ）の下段のようにモデルを変更する。これにより、
ねじれの要素を考慮できる。

このように、機構系部品そのものまたは駆動系部品に
ついてその変形が全体の挙動に大きく影響する場合につ
いても、本解析システムだけで対応可能となる。

なお、上記実施例では解析モデルの要素を１つひとつ
入力する例を示したが、いくつかの要素を一覧できるよ
うに候補として画面に表示し、マウス等の入力装置から
の指示により選択し、それらを組合せて計算モデルを生
成するようにしても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数モデルを１つの系として取り扱
い解析する場合に、一度のデータ入力と解析操作起動の
みで複数のモデルを用いた解析計算を実行でき、作業者
の労力や時間を削減し、作業効率を上げることが可能で
ある。

また、一度の解析操作のみで全体の機構系動作挙動を
把握し、その動作を容易に評価できるので、機構系全体
の設計評価が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による機構解析システムの一実施例の構
成を示すブロック図、第２図は第１図システムの処理手
順を示すフローチャート、第３図は解析計算部の処理手
順を示すフローチャート、第４図はモデル変更処理手順
を示すフローチャート、第５図はモデル間接続条件デー
タのデータ構造を示す図、第６図は実際にモデルを変更
する必要がある機構モデル一例を示す図、第７図はその
計算モデルを示す図、第８図はいくつかの部分的機構モ
デルからなる複雑な機械システムの一例を示す図、第９
図は第８図機械システムを分解した機構モデルを示す
図、第10図は第８図モデルの処理手順を示すフローチャ
ート、第11図は機構系部品または駆動系部品の変形が全
体の挙動に大きく影響する機構の例を示す図、第12図は
それらの計算モデルを示す図である。 １……モデルデータおよびモデル間接続条件データ記憶
部、２……解析計算部、３……モデル変更処理部、４…
…解析結果記憶部、５……外部記憶装置、61〜64,71〜7
4……待遇、65,74……すべり子、66……ストッパ、81…
…ピストン、82……ベルト、83……歯車、84……カム、
85……ばね、111,113,115……対偶、112,114……ロータ
慣性体、116,117……軸のばね、118……外力（モータ駆
動力）、121,123,127……対偶、122……リンク質量、12
4,125……ばね、126……外力。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の機構モデルの計算モデルをシステム
   内に構築し時系列的に解析する機構解析システムにおい
   て、 モデル変更条件データ，変更モデル指示データ，解析結
   果転送指示データからなるモデル間接続条件データとモ
   デルデータと解析結果とを格納する記憶部と、 前記モデルデータを解析する解析演算部と前記モデルデ
   ータおよび前記モデル変更条件データにより前記計算モ
   デルの変更の要否を判定するモデル変更判定部とを含む
   解析計算部と、 前記モデル変更判定部の判定結果に応じて前記変更モデ
   ル指示データに基づき前記計算モデルを次期モデルに変
   更し前記解析結果転送指示データに基づき前記計算モデ
   ルのデータのうち必要なデータを前記次期モデルの初期
   データとして転送するモデル変更処理部とを備えた ことを特徴とする機構解析システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の機構解析システムにおい
   て、 前記モデルデータとモデル間接続条件データと解析結果
   とを格納する外部記憶装置を備えたことを特徴とする機
   構解析システム。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の機構解析システ
   ムにおいて、 機構解析と変形等の解析との複合解析の代わりに、注目
   する各時点における変形等を前記機構にそれぞれ分配し
   た計算モデルを生成する手段を備えたことを特徴とする
   機構解析システム。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の機構
   解析システムにおいて、 前記解析対象の機構の要素を候補として画面に表示し入
   力装置からの指示により選択させ計算モデルを生成する
   手段を備えたことを特徴とする機構解析システム。