【研究分野】船舶工学

【研究領域課題番号】05302053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

FEM / 製品モデル / シミュレーション / 構造解析 / 構造設計 / CIM / CAE / CAD / 有限要素解析(FEM) / プリ・プロセッサ / 有限要素モデル / 解析モデル / メッシュ分割 / 有限要素法モデル / ポスト・プロセッサ / プロダクト・モデル

【研究成果の概要】

汎用の有限要素解析用システムの周辺システムとして,既に多くのソフトウェアが開発されているが,それらは解析に必要な解析データ生成用のプリ・プロセッサや解析結果を可視化するポスト・プロセッサなどが殆どである。これらのプリ/ポスト・プロセッサは,単なるインターフェースのみに重点が置かれており,情報の共有という観点からの研究が不足している。
本研究では,著者らが既に開発している「造船CIM」用製品定義システム(SODAS)をベースに,鋼構造物である船体構造のFEM解析モデラ-に関する研究を行った。有限要素解析システムとしてNASTRANとMARCを選定し(以下,汎用FEMソフトと呼ぶ),製品定義システムから自由かつ容易に解析用データの生成を可能とするシステムの構築を目的とした。
本研究では,製品定義システムによって定義される製品モデルの情報を有効に利用し,汎用FEMソフトにける有限要素モデルの情報を生成することを検討した。この際に,製品モデルの情報として定義されている形状情報は当然のこと,鋼構造物を構成する部品がどのように構成しているかといった情報を表現する接合関係情報が重要な役割を果たすことを理解することができた。また,様々な解析目的に応じた有限要素の要素タイプを選択する必要があるが,製品モデルに記述される部品の種類の情報を利用することによって,解析に必要となる有限要素の要素タイプを自動的に選定することができた。15EA04:さらに,本研究によって構築したシステムはベースとした製品定義システムに柔軟に対応しているので,単に設計における構造解析ステージだけでなく,生産ステージにおける構造解析に利用を可能とした。その一例として,造船における搭載ブロックの吊り作業における構造解析を支援する概念をシステムとして実現することができた。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】4,900千円 (直接経費: 4,900千円)

【研究分野】船舶構造・建造

【研究領域課題番号】02302051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CIM / プロダクトモデル / 製品モデル / シミュレーション / オブジェクト指向 / 生産管理情報 / 統合システム / モデリング / 製品定義モデル / 関係情報 / システムインテグレーション / プロダクト・スパイラル / 寸法表現 / 幾何情報 / 属性情報 / 構造設計 / 生産設計 / オブジェクト指向言語 / デ-タ・ベ-ス / 3次元幾何情報 / エンジニアリング情報 / 属性 / 生産計画 / カット・アセンブリング機能

【研究成果の概要】

1.製品モデルの重要性:造船CIM構築のためには、設計から生産まで一貫して使用することができる製品モデルを構築することが必要であることが理解できた。製品モデルの情報として重要なものは、船体構造を構成する部材のモデル化と部財間の関係情報が重要であることが確認された。これらの情報が獲得されれば、分割の機能、アセンブリングの機能によって、製品の生産情報まで獲得することが可能であることが確認できた。2.設計モデルの重要性:上記に示した製品モデルの情報を生成するのは、生産活動における設計業務である。したがって、情報の効率的な生成は設計活動のモデル化が重要である。本研究では船体構造の設計手法として空間分割モデルとユニットによる内部構造の設計手法を提案し、設計情報の記述の重要性をも主張することができた。また、部品の詳細な設計はアセンブリング・シミュレーションによる検討による支援が重要であり、生産設計の位置づけを明確にすることができた。3.プロダクトスパイラルの概念の構築:本研究では、設計から生産にわたる広範囲の生産活動をプロダクトスパイラルの概念を提案することによって整理することができた。プロダクトスパイラルは1)構造機能の創出2)構造の部品化3)構造の構築の3本柱から成立ち、製品モデルが1)-3)へ情報を獲得しながら情報量を増やし、情報の完成度を高めるものである。このスパイラルに沿って進むと、確実に製品モデルは進化し、その場その場で必要な情報を提供することができることになる。4.オブジェクト指向によるシステム開発の有効性:オブジェクト指向言語によるシステム開発は、その言語の特徴であるオブジェクトの概念によって、システムのプロトタイピング、インテグレーションに関して有効であることが確認された。また、そのCIMの様な大規模なシステム開発にはオブジェクト指向のような柔軟な言語が有効であることが理解できた。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1990 - 1992

【配分額】9,700千円 (直接経費: 9,700千円)

【研究分野】機械工作

【研究領域課題番号】01850030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

熱変形 / 工作機械 / 構造設計 / 熱特性 / 超精密加工 / 主軸系 / シミュレ-ション / 高速スピンドル / 熱変形抑制 / 主軸系の熱特性 / 送り駆動系の熱特性 / 熱変形解析 / 極限加工

【研究成果の概要】

次世代生産技術を確立する上で必要不可欠な工作機械の熱変形抑制構造について構造設計面から検討し,工作機械構造の中で重要な構成要素である主軸系の熱特性解析のための新たな方法論を提示した。更に,新たな構造概念による超精密加工用熱変形抑制構造工作機械を構築することができた。本研究により以下のような結論が得られた。
(1)転がり軸受を用いた主軸系を対象に,運転中の主軸系においては熱的・力学的境界条件が相互に影響を与えながら変動する,いわゆる特性変化の因果関係の連鎖から成る熱的閉ル-プシステムが存在することを指摘すると共に,その妥当性を確認した。
(2)熱的閉ル-プ概念を主軸系に適用することにより,従来その有効性が経験的に認識されているに過ぎなかった高速主軸アダプタの熱変形緩和効果を統一的に考察した。更に,主軸系全体の熱特性に大きな影響を及ぼすと考えられる軸受ハウジングとクイル構造の熱的特性について,その主軸系の熱変形に及ぼす効果を,熱的閉ル-プ概念を用いて主軸受周辺構造体の放熱効果の観点から説明できることを明らかにした。
(3)熱的閉ル-プ概念と有限要素モデルによる熱特性解明のための動的シミュレ-ション方法を提案すると共に,それにより軸受ハウジング構造及びクイル構造が主軸系全体の熱的特性に及ぼす影響を解明した。更に,主軸頭内に設けられた補強リブや隔壁は,従来力学的観点からの検討が主体であったのに対し,ここでは熱慣性効果の観点から熱変形に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。
(4)極限加工を実現する上で必要不可欠であると考えられる熱変形抑制構造工作機械について詳細な検討を行ない,新たな構造概念に基づく超精密加工用小型切削加工機を開発した。そして,その評価を行なった結果,熱変形抑制構造を合理的に実現していることを明らかにした。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1989 - 1990

【配分額】21,300千円 (直接経費: 21,300千円)