产品设计支援系统及方法

专利名称：产品设计支援系统及方法
技术领域：
本发明涉及例如对于火箭发动机系统那样的高技术产品的产品设计支援系统及 方法。
背景技术：
例如在火箭发动机系统那样的高技术产品的设计中，需要高可靠性的设计，向设 计反馈可靠性的评价结果，在设计中加入可靠性指标，另外还要求加入切实地验证其妥当 性的技术。于是，作为为此所需要的基础技术，具有系统的风险管理技术、仿真技术、L&L、详 细的FMEA(Failure Mode and EffectsAnalysis)、各种要素试验、系统试验数据、材料特性 数据等系统的数据库、以及可靠性验证试验技术。于是，要求在各设计阶段分别实现以下的目标。在从概念设计到基本设计的阶段， 通过进行系统的系统分析、彻底的风险识别、设计办法的制订，能够设定针对子系统、组件 的恰当的需求规格。在详细设计及以后的阶段中，通过详细研究基于详细FMEA的整体图、 规格信息，能够向子系统、组件的规格需求进行反馈。然后在开发试验阶段，通过验证事先 的预测结果，证实可靠性，能够排除预先识别的故障模式的风险。但是，现在的设计方法是单点设计，存在无法满足这样的高可靠性设计的要求的 问题。专利文献1 特开2000-331035号公报专利文献2 特开平8-166876号公报专利文献3 特开2006-31488号公报专利文献4 特开平2-150972号公报专利文献5 特开2006-11729号公报专利文献6 特开平10-149384号公报

发明内容
本发明是鉴于这样的现有技术课题而做出的，其目的在于提供一种产品设计支援 系统以及方法，其能够在短时间内进行要求高可靠性设计的高技术产品的设计开发。本发明的一个特征是，一种产品设计支援系统，其具备用于数据输入操作的输入 装置；用于数据显示以及打印输出的输出装置；具有用于分别保存数据以及程序库的程序 保存部和数据存储部的数据保存装置；以及取得通过所述输入装置输入的数据、在所述数 据保存装置中保存的数据，从在所述数据保存装置中保存的程序库中调出适当的程序来执 行的计算机本体，该产品设计支援系统具备参数设定登录部，其接受来自所述输入装置的 设计对象的设计参数的输入，并登录在所述数据保存装置中；正交表制作部，其使用在所述 数据保存装置中登录的设计参数来执行正交表制作程序，制作与该参数的数目对应的L行 的正交表，并登录在所述数据保存装置中；尺寸运算部，其使用所述L行正交表的数据，从 所述数据保存装置中调出并执行尺寸决定程序，对于正交表的行数L的设计点，以达到设
5计目标值的方式决定设计对象的各部的尺寸，并登录在数据存储部中；仿真执行部，其调出 在所述数据保存装置中保存的设计对象的仿真程序，对于通过所述尺寸运算部得到的L组 的各设计解，加减在所述数据保存装置中登录的各部的尺寸的公差，来执行多次的虚拟试 制，把仿真结果登录在该数据保存装置中；评价指标运算部，其调出所述数据保存装置中登 录的设计参数、各部尺寸以及仿真结果，并且调出并执行设计对象的评价指标运算程序，由 此计算与设定的设计参数对应的评价指标，并登录在所述数据保存装置中；响应曲面模型 运算部，其从所述数据保存装置中调出响应曲面化运算程序，对所述仿真执行部得到的L 组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响应曲面模型，并登录 在数据保存装置中；因素效应图制作部，其从所述数据保存装置中调出L行正交表以及评 价指标，并且调出并执行所述数据保存装置中保存的因素效应图制作程序，制作每个评价 指标的设计参数的因素效应图并显示输出，另外还登录在数据保存装置中；设计解集计算 部，其针对确定对于所述评价指标具有灵敏度的设计参数的操作输入，执行在所述数据保 存装置中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意的组合，将其应用于在所述数据保 存装置中登录的响应曲面模型，由此网罗地制作任意组合了能够达到设计目标值的全部设 计参数的多个设计解，并登录在所述数据保存装置中；过滤部，其接受任意数目的评价指标 的限制值的指定操作输入，从所述数据保存装置中调出并执行过滤程序，从通过所述设计 解集计算部得到的设计解集中提取达到所指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候 补集，并登录在所述数据保存装置中；以及最大似然设计解集选定部，其针对通过指定一种 或多种评价指标而从由所述过滤部过滤后的最大似然设计解候补集中选择最大似然设计 解集的指令的输入，从所述最大似然设计解候补集中选择满足指定的评价指标的最大似然 设计解集，并登录在所述数据保存装置中。上述发明的产品设计支援系统可以具有推荐设计解制作部，其对于推荐设计解的 设计参数的指定输入，使用指定的设计参数执行仿真程序以及评价指标运算程序来计算推 荐设计解的评价指标，并在所述输出装置上进行显示，而且登录在所述数据保存装置中。另外，上述发明的产品设计支援系统可以具有参数理解度登录部，其在所述输出 装置上显示用户对于所述尺寸决定程序以及仿真程序的各参数的理解度的设定画面，接受 使用该设定画面设定输入的所述用户的理解度，并登录在所述数据保存装置中保存的风险 数据库中；参数影响度登录部，其在所述输出装置上显示所述尺寸决定程序以及仿真程序 的各参数的模糊度对于设计对象的设计解造成的影响度的设定画面，接受通过该设定画面 设定输入的对所述设计对象的设计解造成的影响度，并登录在所述数据保存装置中保存的 风险数据库中；风险程度计算部，其使用每个所述参数的用户的理解度和影响度计算设计 对象的设计解的风险程度；以及风险数据库管理部，其把所述各参数的参数名、设定登录的 用户的理解度、对设计对象的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成一览表，将 其输出给所述输出装置来进行显示。并且，在上述发明的产品设计支援系统中，所述风险数据库管理部把所述各参数 的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象的设计解造成的影响度以及计算出的风 险程度作成与输入以及运算日期时间对应的风险程度的推移一览表，将其输出给所述输出 装置来进行显示。另外，本发明的另外的特征是一种产品设计支援方法，其具有参数登录步骤，接
6受设计对象的设计参数的输入，登录在数据保存装置中；正交表制作步骤，使用在所述参数 登录步骤中在所述数据保存装置中登录的设计参数，并且执行正交表制作程序，由此来制 作与该参数的数目对应的L行的正交表；尺寸运算步骤，使用所述L行正交表的数据，另外 从所述数据保存装置中调出并执行尺寸决定程序，对于正交表的行数L的设计点，以达到 设计目标值的方式来决定设计对象的各部的尺寸，并登录在所述数据保存装置中；仿真步 骤，调出在所述数据保存装置中保存的设计对象的仿真程序，对于在所述尺寸运算步骤中 得到的L组的各个设计解，加减在所述数据保存装置中登录的各部的尺寸的公差，来执行 多次虚拟试制，把仿真结果登录在数据保存装置中；评价指标运算步骤，调出在所述数据保 存装置中登录的设计参数、各部的尺寸以及仿真结果、并且调出并执行设计对象的评价指 标运算程序，由此来计算与设定的设计参数对应的评价指标，并登录在数据保存装置中；响 应曲面模型运算步骤，从所述数据保存装置中调出响应曲面化运算程序，对在所述仿真步 骤中得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响应曲面 模型，并登录在所述数据保存装置中；因素效应图制作步骤，调出在所述数据保存装置中登 录的L行正交表以及在所述评价指标运算步骤中计算出的评价指标，执行在程序保存部中 保存的因素效应图制作程序，制作每个评价指标的设计参数的因素效应图，并登录在数据 保存装置中；设计解集计算步骤，接受用于确定对于评价指标具有灵敏度的设计参数的操 作输入，执行在所述数据保存装置中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意的组合， 将其应用于在数据保存装置中登录的响应曲面模型，由此网罗地制作任意组合了能够达到 设计目标值的全部设计参数的多个设计解，并登录在所述数据保存装置中；过滤步骤，在所 述设计解集计算步骤中从所述数据保存装置中调出并执行过滤程序，接受任意数目的评价 指标的限制值的指定操作输入，从在所述设计解集计算步骤中得到的设计解集中提取达到 指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集，登录在所述数据保存装置中；以及最 大似然设计解集选定步骤，针对通过指定一种或多种评价指标而从由所述过滤步骤过滤后 的最大似然设计解候补集中选择最大似然设计解集的指令的输入，从所述最大似然设计解 候补集中选择满足指定的评价指标的最大似然设计解集，并登录在所述数据保存装置中。另外，上述发明的产品设计支援方法，可以具有推荐设计解制作步骤，对于推荐设 计解的设计参数的指定输入，使用指定的设计参数执行仿真程序以及评价指标运算程序来 计算推荐设计解的评价指标，将其存储在所述数据保存装置中，并且输出给所述输出装置。另外，上述发明的产品设计支援方法，可以具有参数理解度登录步骤，在所述输 出装置上显示用户对于所述尺寸决定程序以及仿真程序的各参数的理解度的设定画面，接 受通过该设定画面设定输入的所述用户的理解度，将其登录在所述数据保存装置中保存的 风险数据库中；参数影响度登录步骤，在所述输出装置上显示所述尺寸决定程序以及仿真 程序的各参数的模糊度对设计对象的设计解造成的影响度的设定画面，接受通过该设定画 面设定输入的对所述设计对象的设计解造成的影响度，将其登录在所述数据保存装置中保 存的风险数据库中；风险计算步骤，使用每个所述参数的用户的理解度和影响度，来计算设 计对象的设计解的风险程度；和风险管理步骤，把所述各参数的参数名、设定登录的用户的 理解度、对设计对象的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成一览表，将其输出 给所述输出装置来进行显示。进而，在上述发明的产品设计支援方法中，能够在所述风险管理步骤中，把所述各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成与输入以及运算日期时间对应的风险程度的推移一览表，将其输出给所述 输出装置来进行显示。根据本发明的产品设计支援系统以及方法，能够支援产品设计业务，以便能够在 短时间内进行要求高可靠性设计的高技术产品的设计开发。另外，根据本发明的产品设计支援系统以及方法，通过在产品设计的各阶段渐近 地修正尺寸决定程序以及仿真程序的各参数，由此能够支援产品设计业务，以便能够进行 在最终设计阶段使风险原因极小的产品设计。


图1是本发明的第一实施方式的产品设计支援系统的硬件结构的框图。图2是上述第一实施方式的产品设计支援系统的功能结构的框图。图3A是上述第一实施方式的产品设计支援系统的产品设计支援方法的流程图的 前半部。图3B是上述第一实施方式的产品设计支援系统的产品设计支援方法的流程图的 后半部。图4是本发明的第二实施方式的产品设计支援系统的功能结构的框图。图5是上述第二实施方式的产品设计支援系统的登录画面的说明图。图6是上述第二实施方式的产品设计支援系统的风险减低计划的设定画面的说 明图。图7A是在上述第二实施方式的产品设计支援系统中对于设定参数的理解度之一 的、现象的理解度的分级和得分的对应表，以及说明综合这些来求出技术理解度的计算式。图7B是在上述第二实施方式的产品设计支援系统中对于设定参数的理解度之一 的、环境条件的理解度的分级和得分的对应表。图7C是在上述第二实施方式的产品设计支援系统中对于设定参数的理解度之一 的、实证理解度的分级和得分的对应表。图8是在上述第二实施方式的产品设计支援系统中技术理解度的得分和点的对应表。图9A是通过上述第二实施方式的产品设计支援系统输出的风险管理表的一部 分。图9B是通过上述第二实施方式的产品设计支援系统输出的风险管理表的另一部 分。图10是本发明的实施例1的产品设计支援系统的基于设计对象的最大似然设计 解的立体模型图。图11是上述实施例1的产品设计支援系统的设计对象的稳定计算系统图。图12是上述实施例1的产品设计支援系统的参数设定画面的说明图。图13是通过上述实施例1的产品设计支援系统制作的L27正交表。图14是通过上述实施例1的产品设计支援系统输出的评价指标列表的说明图。图15是上述实施例1的产品设计支援系统制作的响应曲面函数集的列表。
图16是上述实施例1的产品设计支援系统的响应曲面模型的系统图。图17是表示上述实施例1的产品设计支援系统的设定参数对评价指标造成的影 响的因素效应图。图18是对于上述实施例1的产品设计支援系统的响应曲面模型，在设定范围内使 全部设计参数变化来制作的10000个设计解的在全部评价指标空间中的3维分布图。图19是从对于上述实施例1的产品设计支援系 统的响应曲面模型，在设定范围内 使全部设计参数变化来制作的10000个设计解得到的各评价指标的优异数据的雷达图。图20是上述实施例1的产品设计支援系统的过滤的经过说明图。图21是通过上述实施例1的产品设计支援系统得到的推荐设计解的规格表。
具体实施例方式下面根据附图详细说明本发明的实施方式。(第一实施方式)图1表示在本发明的一实施方式的产品设计支援方法中使用的产品设计支援系 统。本实施方式的产品设计支援系统，是通过在通用的计算机中加入执行本实施方式的产 品设计支援方法的程序，并执行该程序来实现的，但是在下面作为专用的系统进行说明。使用本实施方式的产品设计支援方法的产品设计支援系统由以下构成程序保存 部1，用于在设计对象是高技术产品时，把多个构成部件中的每个构成部件的部件设计用程 序、以及通过输入规定的参数模拟设计对象的动作的仿真程序，与全体设计用专用程序一 同作为程序库进行保存；数据存储部2，用于保存输入的多种参数、评价指标、仿真结果的 数据等各数据；作为HMI的键盘、鼠标等数据输入装置3 ；显示器或者打印机等数据输出装 置4 ；以及计算机本体5，用于从所述程序保存部1读出并执行相应的程序，执行各运算。计 算机本体5通过网络与其他计算机系统连接，能够与其他计算机系统进行数据的收发。图2表示实施方式的产品设计支援系统的各功能结构。本产品设计支援系统具有 执行后述的各运算处理的参数设定登录部11、正交表制作部12、尺寸运算部13、仿真执行 部14、评价指标运算部15、响应曲面模型运算部16、因素效应图制作部17、设计解集计算部 18、过滤部19、最大似然设计解集选定部20、推荐设计解制作部21。参数设定登录部11接受作为用户的设计技术人员使用输入装置3、输出装置4决 定的设计对象的设计参数的输入，并登录在数据存储部2中。正交表制作部12，使用在数据存储部2中登录的设计参数，执行在程序保存部1中 保存的正交表制作程序，由此来制作与该参数的数目对应的L行的正交表，并将其登录在 数据存储部2中。将在后面叙述该正交表制作功能。尺寸运算部13，使用L行正交表的数据，另外从程序保存部1中调出并执行尺寸决 定程序执行，对于正交表的行数L的设计点决定设计对象各部的尺寸，以便达到设计目标 值，并将其登录在数据存储部2中。仿真执行部14，调出在程序保存部1中保存的设计对象的仿真程序，关于通过尺 寸运算部13得到的L组的各个模型，加减在数据存储部2中登录的各部的尺寸的公差，来 执行多次虚拟试制，将仿真结果登录在数据存储部2中。评价指标运算部15，调出在数据存储部2中登录的设计参数、各部尺寸以及仿真结果，并且执行在程序保存部1中保存的设计对象的评价指标运算程序，由此来计算与设 定的设计参数对应的评价指标，将其登录在数据存储部2中。响应曲面模型运算部16，从程序保存部1中调出响应曲面化运算程序，是对通过 仿真执行部14得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作 响应曲面模型，将其登录在数据存储部2中。因素效应图制作部17，从数据存储部2中调出L行正交表以及评价指标，执行在程 序保存部1中保存的因素效应图制作程序，制作每个评价指标的设计参数的因素效应图， 然后进行显示输出，另外将其登录在数据存储部2中。设计解集计算部18，在用户调查显示输出或者打印输出的每个评价指标的设计参 数的因素效应图，进行了用于确定对于评价指标具有灵敏度的设计参数的操作后，对于该 操作输入，执行在程序保存部1中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意组合，将其 应用于在数据存储部2中登录的响应曲面模型，由此，网罗地制作任意地组合了能够达到 设计目标值的全部设计参数的多个设计解，将其登录在数据存储部2中。过滤部19，从程序保存部1中调出并执行过滤程序，接受例如系统寿命、动作稳定 性、系统性能、鲁棒性等几个评价指标的限制值的指定操作输入，从使用设计解集计算部18 得到的设计解集中提取达到所指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集，将其登 录在数据存储部2中。
最大似然设计解集选定部20，通过用户对于过滤部19过滤后的最大似然设计解 候补集，输入指定系统寿命、动作稳定性、系统性能等一种或多种评价指标，选择最大似然 设计解集的指令，由此从上述的最大似然设计解候补集中选择满足所指定的评价指标的最 大似然设计解集，将其登录在数据存储部2中。推荐设计解制作部21，通过用户从输入装置3参照由最大似然设计解集选定部20 选定的最大似然设计解集，指定可以向客户推荐的推荐设计解的设计参数，由此使用指定 的设计参数执行仿真程序以及评价指标运算程序，计算推荐设计解的评价指标，并在作为 输出装置4的显示器上显示，并将其登录在数据存储部2中，另外，根据用户的指定通过作 为输出装置4的打印机打印输出。使用图3A、图3B的流程图说明使用上述结构的产品设计支援系统的产品设计支 援方法。步骤Sl 参数登录步骤，接受作为设计技术人员的用户使用输入装置3、输出装置 4决定的设计对象的设计参数的输入，将其登录在数据存储部2中。步骤S2 正交表制作步骤，使用在步骤Sl中在数据存储部2中登录的设计参数， 执行在程序保存部1中保存的正交表制作程序，制作与其参数的数目对应的L行的正交表。 例如，如果是13个参数，则制作L = 27行的正交表。另外，如果参数增加，则与其数目对应 地，进一步制作上位的正交表。该正交表，从庞大组合的设计参数中无遗漏地选择设计参 数，通过较少的试验次数取得各设计参数的影响，根据L = 27行的正交表，能够得到27种 不同的设计参数的组合。步骤S3 尺寸运算步骤，使用在步骤S2中得到的L行正交表的数据，另外，从程序 保存部1调出并执行尺寸决定程序，对于正交表的行数L的设计点，以达到设计目标值的方 式决定设计对象的各部的尺寸，将其登录在数据存储部2中。
步骤S4 仿真步骤，调出在程序保存部1中保存的设计对象的仿真程序，关于在步 骤S3中得到的L行的正交表的L组的各个设计解，加减在数据存储部2中登录的各部的尺 寸的公差，来执行多次虚拟试制，将仿真结果登录在数据存储部2中。步骤S5 评价指标运算步骤，调出在数据存储部2中登录的设计参数，而且执行在 程序保存部1中保存的设计对象的评价指标运算程序，由此来计算与设定的设计参数对应 的评价指标，将其登录在数据存储部2中。步骤S6 响应曲面模型运算步骤，从程序保存部1中调出响应曲面化运算程序，对在步骤S5中得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响 应曲面模型，将其登录在数据存储部2中。步骤S7 因素效应图制作步骤，调出在步骤S2中得到的L行正交表以及在步骤S5 中计算出的评价指标，执行在程序保存部1中保存的因素效应图制作程序，制作每个评价 指标的设计参数的因素效应图，将其登录在数据存储部2中。步骤S8 设计解集计算步骤，在用户调查在步骤S7中制作的每个评价指标的设计 参数的因素效应图，并确定了对于评价指标具有灵敏度的设计参数后，执行在所述程序保 存部1中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意的组合，将其应用于在数据存储部 2中登录的响应曲面模型，由此，网罗地制作任意地组合了能够达到设计目标值的全部设计 参数的多个设计解，将其登录在数据存储部2中。步骤S9，过滤步骤，从程序保存部1中调出并执行过滤程序，接受例如系统寿命、 动作稳定性、系统性能、鲁棒性等几个评价指标的限制值的指定操作输入，从在步骤S8中 得到的设计解集中提取达到所指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集，将其登 录在数据存储部2中。步骤S10，最大似然设计解集选定步骤，通过用户对于在步骤S9中过滤后的最大 似然设计解候补集，输入指定一种或者多种评价指标，选择最大似然设计解集的指令，从上 述最大似然设计解候补集中选择满足所指定的评价指标的最大似然设计解集，将其登录在 数据保存装置中。步骤S11，推荐设计解制作步骤，通过用户从在步骤SlO中选定的最大似然设计解 集，指定可以向客户推荐的推荐设计解的设计参数，由此使用指定的设计参数执行仿真程 序以及评价指标运算程序，计算推荐设计解的评价指标，在作为输出装置4的显示器上显 示，将其登录在数据存储部2中，另外，根据用户的指定通过作为输出装置4的打印机进行 输出。根据以上所述，根据本实施方式的产品设计支援系统以及它执行的产品设计支援 方法，对于需要复杂的高技术的高技术产品的设计，用户从设计参数的指定开始，仅通过选 择操作在设计的各阶段所需要的评价指标或设计参数，就可以使用输入的设计参数制作满 足所给予的评价指标的最大似然设计解集，并且，制作最终的推荐设计解。例如，在某个设 计对象的设计中，性能不是最好的，但是如果要使性能最好，则要牺牲寿命、稳定性、鲁棒特 性，所以可以从最好的性能开始稍稍抑制性能，使寿命、稳定性、鲁棒特性优良，得到平衡的 设计解，从而将其提供给客户。(第二实施方式)说明本发明的第二实施方式的产品设计支援系统以及产品设计支援方法。本实施方式的特征为一种产品设计支援系统以及它所执行的产品设计支援方法，例如在制作产 品的尺寸决定程序或仿真程序时，对于用户设定的各参数，登录这些参数的与用户的确信 度对应的风险指标，关于进行了风险设定的参数，列表显示其参数名、风险程度，并且打印 出来，由此，能够向用户提示产品设计的各阶段、例如初期设计阶段、子模型试制阶段、全模 型试制阶段等的尺寸决定程序或仿真程序的风险程度或风险减低的推移。本实施方式的产品设计支援系统的硬件结构，和第一实施方式相同，由图1所示 的计算机系统构成。本产品设计支援系统的功能结构在图4中表示，除了第一实施方式的 要素之外，具有风险指标登录部22，其具有对于作为计算模型的尺寸决定程序以及仿真程 序，在显示器上显示图5所示的每个参数的风险登录画面，例如分为“现象理解度”、“环境理 解度”、“实证理解度”来设定输入针对作为用户的技术人员设定的各参数的确信程度或自 信程度，并且将其登录在数据保存装置2的风险数据库中的功能、以及对进行风险设定的 每个参数从相同的风险登录画面输入对于最终系统造成的影响度，并将其登录在风险数据 库中的功能。该风险指标登录部22具备权利要求书中的参数理解度登录部以及参数影响 度登录部这两者。本实施方式的产品设计支援系统还具有风险程度计算部23，其对于通过风险指标 登录部22输入的图7A所示的“现象的理解度”、图7B所示的“环境条件的理解度”、图7C所 示的“实证理解度”各自的分级和得分，使用“现象的理解度”X “环境条件的理解度”X “实 证理解度”的计算式进行计算，并且，使用图8所示的换算表计算“技术理解度”，将其显示 在风险登录画面的相应位置上，并且登录在数据存储部2的风险数据库中，并且使用所登 录的各参数和技术理解度以及影响度来计算风险程度，将其显示在风险登录画面的风险程 度显示栏中，并且作为风险程度登录在风险数据库中。本实施方式的产品设计支援系统并且还具有风险数据库管理部24，把风险数据库 中登录的各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象的设计解造成的影响度 以及计算出的风险程度作成一览表，并显示在作为输出装置4的显示器上。该风险数据库 管理部24还可以把各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象的设计解造成 的影响度以及计算出的风险程度作成与输入以及运算日期时间对应的图9A、图9B所示的 风险程度的推移一览表，将其显示在作为输出装置4的显示器上，此外，可以根据用户的指 定，通过作为输出装置4的打印机打印出来。在本实施方式的产品设计支援系统的产品设计支援方法中，在风险管理中，采用 下面的步骤。(1)模型的准备在仿真程序中登录计算模型。通过参数设定登录部11设定登录各参数。(2)计算模型的内部参数的风险关联指标的设定在作为输出装置4的显示器上显示图5所示的风险登录画面，对于各计算模型，进 行内部参数的选定以及对于选定的内部参数的上述风险指标的设定。该风险指标是反映针 对用户在计算模型中设定的各参数的假定值的自信度或确信度的指标。然后，作为“影响 度”设定在该假定值取设想的最差值时会成为怎样。这些通过风险指标登录部22进行。在本实施方式时，定义为技术理解度=“现象的理解度” X “环境条件的理解 度” X “实证度”。然后，当作为与分级对应的得分，输入了图7A的表所示的“现象的理解度”、图7B所示的“环境条件的理解度”、图7C所示的“实证理解度”各自的风险关联指标时，对于它们根据上述定义式，按照图8的表所示的分级，计算“技术理解度”的点。(3)影响度分析根据执行仿真程序的结果，确认接口条件和内部参数的变动如何对系统的输出、 特性、性能等造成影响，作为影响度的点进行输入。这也通过风险指标登录部进行设定。当求出(2)的技术理解度的点和该影响度的点时，作为它们的乘积值来求出风 险。技术人员使用图5所示的风险登录画面，对于认为必要的所有的参数，输入其参数名和 风险关联指标，由此，风险程度运算部23对于输入的所有的参数计算风险程度，将其反映 在显示器上显示的风险登录画面的相应栏中，并且登录在风险数据库中。至此，对于用户的风险要求，可以作成图9A、图9B示例的风险一览表，在显示器上 显示对各个参数中的每个参数设定登录的风险关联指标。该功能通过风险数据库管理部24 来进行。(4)修正操作通过用户有意识地指定想要关联的参数来进行修正操作，执行仿真程序，由此来 研究以何种程度使系统输出、特性、性能等返回到原来。(5)得失的确认评价通过修正操作的得失(例帕雷托(Pareto)解的明示)在修正操作有效时，降低“影响度”的等级。(6)不允许风险的提取通过修正操作除了损失之外，确定对于系统输出、特性、性能等影响大的事项，对 每个事项还包含应对方针，登录在每个参数的风险管理记录中，并登录在风险数据库中。例 如，在图9A、图9B的风险一览时，对于在仿真程序的概念设计时根据文献设定的各参数，在 执行要素试验的阶段修正各个参数，由此提高自信度，结果减低了风险。并且，在部件缩比 试验时对于计算模型的各参数进一步严密地修正，能够进一步减低风险。在图6中，表示了 关于特定的参数的风险减低计划。参数的修正设定通过参数设定登录部11进行，另外，通过执行仿真程序的仿真执 行部14进行。此外，与第一实施方式相同地执行必要的运算处理。如此，根据本实施方式的产品设计支援系统以及方法，在产品设计阶段能够得到 把风险减低到允许范围的设计解，能够以此为基础制作设计对象的试制模型。另外，即使在 制作试制模型之前，也能够通过虚拟的试制模型确认风险被减低，能够还包含内在的各参 数的风险信息地求出设计对象的最大似然设计解。(实施例)关于图10所示的火箭发动机，执行占火箭燃烧时间的98%的稳定运行的设计， 艮口，执行稳定工作点设计。在稳定工作点计算中，因为可以分离与点火等初始化功能有关的部分进行考虑， 所以如果仅提取必要的项目，则如图11所示，可以通过一个系统图应对。对于作为设计对象的系统图，使用图11的系统图，输入设定所需要的各部的设计 参数及其范围。图12表示设定了设计参数及其范围的表。然后，使用图12的设计参数集，使用L27正交表，得到27种不同的设计参数的组合，图13表示L27正交表。然后，对于27个设计点，为了能够产生10吨的推力，执行尺寸决定程序来决定代 表点的尺寸。然后，通过仿真程序，使用对已决定的尺寸加上实际的公差后的尺寸，执行多 次的虚拟试制。图14表示了对于各次的虚拟试制结果执行评价指标运算程序得到的评价指标集。并且，对通过以上的仿真得到的27组评价指标的平均值和方差量进行处理，制作 响应曲面化的模型。是对27组平均值和方差量进行插补得到的近似模型，当使用该模型时 能够加快以下的计算速度。通过编排成L27正交表，能够在图12的设计参数的范围内内插 各统计量或状态量。另外，各值的影响度根据试制数100X9 = 900个数据来决定。在该阶 段内，本系统可以通过简单的2次函数的和来表现。图15表示全部影响度系数(响应曲面 函数集)的系数表的一部分。另外，图16表示响应曲面模型。如果在其中代入设计参数， 则瞬间得到评价指标的物理量的平均值和方差。关于全部评价指标，制作了图17所示的因素效应图，该图17表示在响应曲面模型 中每个评价指标由于设计参数的变化，以何种程度进行变化。然后，根据因素效应图，仔细 研究设计参数，确定尽管没有灵敏度也有可能偶然被选择的参数。此次，决定了最初选定的 11个设计参数中的2个设计参数对于发动机系统的影响小的影响方向，所以在该阶段进行 固定。因此，对于剩余的9个参数变化，轮换执行最大似然解探索。为此，首先，因为通过响应曲面模型对于任意的设计参数的组合，能够瞬间得到评 价指标或状态量的平均值和方差量，所以网罗轮换9个设计参数，虚拟试制10000台模型。 图18表示其结果。该3维图表的各点表示10吨推力的火箭发动机的设计解。对于该10000 个设计解，总结为寿命、性能、稳定性、鲁棒性这4种评价指标，取得各自的优异数据。图19 表示优异数据。然后，为了得到设计者希望得到的设计解而进行过滤。S卩，如图20所示，从该图 (a)的10000个设计解中，如该图(b)那样以超临界燃烧(高频稳定)+泵修改风险小的限 制进行过滤，然后，如该图(c)那样以喷射器温度在250K以上(高频稳定)的限制进一步 进行过滤，并且，如该图(d)那样以寿命、低频稳定性、SN比的限制进行过滤，如该图(e)那 样以孔板调整量确保的限制进行最终过滤。如此，得到了平衡的最大似然设计解的集合(27 个)。根据这些最大似然设计解集，考虑原本的设计参数，决定推荐设计解的设计参数 的组合，对其执行尺寸决定程序以及评价指标计算程序，确定尺寸。在图10中表示了根据 以上那样的工作点设计的推荐设计解的发动机的外观。在图21中表示了推荐设计解的规 格的一部分。关于该稳定工作点设计结果，评价的一例如下那样。·燃烧器寿命伴随模型的详细化以4倍的余量确保了 30次左右。 平均ISPeng(发动机系统比冲)为354. 7秒，即使为3 σ low(在使对象的概率分 布的偏差为σ时，向3σ下方偏离的值)，也能够确保350seC。但是，如果必须降低GG气 体温度(在燃气发生器中产生的高温气体的温度)时，性能会降低-lsec/lOK左右。 因为已使稳定性模型细化，所以能够平衡地分配给主燃烧器、GG(燃气发生器)。认为O = 22% PC、F = 17% PC的值本身也是恰当的数值。但是，因为此次较少地出现再生 冷却压力损失，所以不向泵转移该影响，使F = 22% PC，通过喷射器压力损失确保了缓冲。 由此，因为还较大地取得向GG供给的LNG的压力，所以在F = 17% Pg的状态下能够同时确
保调整量。· Pc在设计中是5. 2MPa，但是当在虚拟试制中获取统计时，降到5. 17MPa。认为 各部的公差不一定正负平等地作用。0.03MPa的差是通过孔板而返回的量。为了产生ο =0. 0379MPa的偏差，在向5. 2MPa进行调整后， 预料即使在为3 σ low的情形下也能够确保 5. OMPaLOX临界压力燃烧。 认为推力以97. 3N作为平均值，通过3 σ波动士 2. 8kN，但是，如果能够对Pc进 行士0. 15MPa的调整，则可以吸收该波动。认为通过调整阻力能够吸收。 与泵运转状况有关的指标，揭示了与已有的同类产品中的运转为相同的程度。特 别是此次注意到不改变蜗壳尺寸便能够解决。 当在喷嘴冷却中需要释放LNG时，必须注意对每个0. lkg/s的服务，ISPeng 一次 降低大约lsec。本次使用本实施方式的系统的设计结果为，与现有设计的结果没有大的差别，但 是通过加入了可靠性，可以证实设计者对于设计结果能够放心。
权利要求
一种产品设计支援系统，其具备用于数据输入操作的输入装置；用于数据显示以及打印输出的输出装置；具有用于分别保存数据以及程序库的程序保存部和数据存储部的数据保存装置；以及取得通过所述输入装置输入的数据、在所述数据保存装置中保存的数据，从在所述数据保存装置中保存的程序库中调出适当的程序来执行的计算机本体，该产品设计支援系统的特征在于，具备参数设定登录部，其接受来自所述输入装置的设计对象的设计参数的输入，并登录在所述数据保存装置中；正交表制作部，其使用在所述数据保存装置中登录的设计参数来执行正交表制作程序，制作与该参数的数目对应的L行的正交表，并登录在所述数据保存装置中；尺寸运算部，其使用所述L行正交表的数据，从所述数据保存装置中调出并执行尺寸决定程序，对于正交表的行数L的设计点，以达到设计目标值的方式决定设计对象的各部的尺寸，并登录在数据存储部中；仿真执行部，其调出在所述数据保存装置中保存的设计对象的仿真程序，对于通过所述尺寸运算部得到的L组的各设计解，加减在所述数据保存装置中登录的各部的尺寸的公差，来执行多次的虚拟试制，把仿真结果登录在所述数据保存装置中；评价指标运算部，其调出所述数据保存装置中登录的设计参数、各部尺寸以及仿真结果，并且调出并执行设计对象的评价指标运算程序，由此计算与设定的设计参数对应的评价指标，并登录在所述数据保存装置中；响应曲面模型运算部，其从所述数据保存装置中调出响应曲面化运算程序，对所述仿真执行部得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响应曲面模型，并登录在数据保存装置中；因素效应图制作部，其从所述数据保存装置中调出L行正交表以及评价指标，并且调出并执行所述数据保存装置中保存的因素效应图制作程序，制作每个评价指标的设计参数的因素效应图并显示输出，另外还登录在数据保存装置中；设计解集计算部，其针对确定对于所述评价指标具有灵敏度的设计参数的操作输入，执行在所述数据保存装置中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意的组合，将其应用于在所述数据保存装置中登录的响应曲面模型，由此网罗地制作任意组合了能够达到设计目标值的全部设计参数的多个设计解，并登录在所述数据保存装置中；过滤部，其接受任意数目的评价指标的限制值的指定操作输入，从所述数据保存装置中调出并执行过滤程序，从通过所述设计解集计算部得到的设计解集中提取达到所指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集，并登录在所述数据保存装置中；以及最大似然设计解集选定部，其针对通过指定一种或多种评价指标而从由所述过滤部过滤后的最大似然设计解候补集中选择最大似然设计解集的指令的输入，从所述最大似然设计解候补集中选择满足指定的评价指标的最大似然设计解集，并登录在所述数据保存装置中。
2.根据权利要求1所述的产品设计支援系统，其特征在于，具有推荐设计解制作部，其对于推荐设计解的设计参数的指定输入，使用指定的设计 参数执行仿真程序以及评价指标运算程序来计算推荐设计解的评价指标，并在所述输出装 置上进行显示，而且登录在所述数据保存装置中。
3.根据权利要求1或2所述的产品设计支援系统，其特征在于，具备参数理解度登录部，其在所述输出装置上显示用户对于所述尺寸决定程序以及 仿真程序的各参数的理解度的设定画面，接受使用该设定画面设定输入的所述用户的理解 度，登录在所述数据保存装置中保存的风险数据库中；参数影响度登录部，其在所述输出装置上显示所述尺寸决定程序以及仿真程序的各参 数的模糊度对于设计对象的设计解造成的影响度的设定画面，接受通过该设定画面设定输 入的对所述设计对象的设计解造成的影响度，并登录在所述数据保存装置中保存的风险数 据库中；风险程度计算部，其使用每个所述参数的用户的理解度和影响度计算设计对象的设计 解的风险程度；以及风险数据库管理部，其把所述各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象 的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成一览表，将其输出给所述输出装置来进 行显不。
4.根据权利要求3所述的产品设计支援系统，其特征在于，所述风险数据库管理部把所述各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对 象的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成与输入以及运算日期时间对应的风 险程度的推移一览表，将其输出给所述输出装置来进行显示。
5.一种产品设计支援方法，其特征在于，具备参数登录步骤，接受设计对象的设计参数的输入，登录在数据保存装置中； 正交表制作步骤，使用在所述参数登录步骤中在所述数据保存装置中登录的设计参 数，并且执行正交表制作程序，由此来制作与该参数的数目对应的L行的正交表；尺寸运算步骤，使用所述L行正交表的数据，另外从所述数据保存装置中调出并执行 尺寸决定程序，对于正交表的行数L的设计点，以达到设计目标值的方式来决定设计对象 的各部的尺寸，并登录在所述数据保存装置中；仿真步骤，调出在所述数据保存装置中保存的设计对象的仿真程序，对于在所述尺寸 运算步骤中得到的L组的各个设计解，加减在所述数据保存装置中登录的各部的尺寸的公 差，来执行多次虚拟试制，把仿真结果登录在数据保存装置中；评价指标运算步骤，调出在所述数据保存装置中登录的设计参数、各部的尺寸以及仿 真结果、并且调出并执行设计对象的评价指标运算程序，由此来计算与设定的设计参数对 应的评价指标，并登录在数据保存装置中；响应曲面模型运算步骤，从所述数据保存装置中调出响应曲面化运算程序，对在所述 仿真步骤中得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响 应曲面模型，并登录在所述数据保存装置中；因素效应图制作步骤，调出在所述数据保存装置中登录的L行正交表以及在所述评价 指标运算步骤中计算出的评价指标，执行在程序保存部中保存的因素效应图制作程序，制 作每个评价指标的设计参数的因素效应图，并登录在数据保存装置中；设计解集计算步骤，接受用于确定对于评价指标具有灵敏度的设计参数的操作输入， 执行在所述数据保存装置中保存的设计解探索程序，制作设计参数的任意的组合，将其应 用于在数据保存装置中登录的响应曲面模型，由此网罗地制作任意组合了能够达到设计目标值的全部设计参数的多个设计解，并登录在所述数据保存装置中；过滤步骤，在所述设计解集计算步骤中从所述数据保存装置中调出并执行过滤程序， 接受任意数目的评价指标的限制值的指定操作输入，从在所述设计解集计算步骤中得到的 设计解集中提取达到指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集，登录在所述数据 保存装置中；以及最大似然设计解集选定步骤，针对通过指定一种或多种评价指标而从由所述过滤步骤 过滤后的最大似然设计解候补集中选择最大似然设计解集的指令的输入，从所述最大似然 设计解候补集中选择满足指定的评价指标的最大似然设计解集，并登录在所述数据保存装置中。
6.根据权利要求5所述的产品设计支援方法，其特征在于，具有推荐设计解制作步骤，对于推荐设计解的设计参数的指定输入，使用指定的设计 参数执行仿真程序以及评价指标运算程序来计算推荐设计解的评价指标，将其存储在所述 数据保存装置中，并且输出给所述输出装置。
7.根据权利要求5或6所述的产品设计支援方法，其特征在于，具备参数理解度登录步骤，在所述输出装置上显示用户对于所述尺寸决定程序以及 仿真程序的各参数的理解度的设定画面，接受通过该设定画面设定输入的所述用户的理解 度，将其登录在所述数据保存装置中保存的风险数据库中；参数影响度登录步骤，在所述输出装置上显示所述尺寸决定程序以及仿真程序的各参 数的模糊度对设计对象的设计解造成的影响度的设定画面，接受通过该设定画面设定输入 的对所述设计对象的设计解造成的影响度，将其登录在所述数据保存装置中保存的风险数 据库中；风险计算步骤，使用每个所述参数的用户的理解度和影响度，来计算设计对象的设计 解的风险程度；和风险管理步骤，把所述各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对象的设 计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成一览表，将其输出给所述输出装置来进行显示
8.根据权利要求7所述的产品设计支援方法，其特征在于，在所述风险管理步骤中，把所述各参数的参数名、设定登录的用户的理解度、对设计对 象的设计解造成的影响度以及计算出的风险程度作成与输入以及运算日期时间对应的风 险程度的推移一览表，将其输出给所述输出装置来进行显示。全文摘要
本发明涉及产品设计支援系统。支援产品设计业务，以便能在短时间内进行产品设计开发，特征为对于已设定的设计参数制作L行正交表，分别对于L组的设计参数集加减各部尺寸的公差，来执行多次虚拟试制，对在该虚拟试制中得到的L组的评价指标的平均值和方差量进行处理，进行响应曲面化来制作响应曲面模型，并且制作每个评价指标的设计参数的因素效应图，调查该因素效应图，制作对于评价指标具有灵敏度的设计参数的任意的组合，把它用于应答曲线模型，由此制作任意组合了能够达到设计目标值的全部设计参数的多个设计解，并且进行从设计解集中提取达到指定的评价指标的限制值的最大似然设计解候补集的过滤，选定最大似然设计解集，并向用户提示。
文档编号G06F17/50GK101821739SQ200880109959
公开日2010年9月1日 申请日期2008年10月3日 优先权日2007年10月4日
发明者吴宏尧, 森初男 申请人:株式会社Ihi