JP2004272820A - Method and system for reverse-engineering and re-engineering part - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンブレードなどの既存の部品をリバースエンジニアリング及びリエンジニアリングする方法及びシステム、並びに部品を製造する方法に関する。特に、本発明は、部品設計に関するパラメトリックマスターモデル及びツーリングジオメトリに関するツーリングマスターモデルを開発することにより、既存の部品をリバースエンジニアリング及びリエンジニアリングする方法及びシステム、並びにパラメトリックマスターモデル及びツーリングマスターモデルを採用する製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
過酷な動作条件にさらされる機械には、機械の寿命を通して交換が必要となる多様な部品が存在している。例えば、タービンエンジンの場合、極端な熱動作条件の下で動作するタービンブレードやベーンを定期的に修理又は交換しなければならない。機械の寿命は長いため、記録や資料保管がずさんであることにより、現在稼働中である多数の部品について部品設計又はツーリングに関連する図面が失われてしまっている。更に、部品の開発及び製造が3次元(3D)モデル及びその他の電子エンジニアリングシステムの時代に入ったのはごく最近になってからである。従って、旧来の部品に関しては、たとえ図面が残っていたとしても、部品設計や、場合によってはツーリングに関連して2次元(2D)の図面しか利用することができない。
【0003】
このような状況の下では、摩耗した部品を交換する場合、利用可能な物理的サンプルから部品をリバースエンジニアリングして、その部品の厳密な複製を製造しようと試みることが通常要求される。しかし、多くの場合、その部品が設計されてから技術は進歩している。従って、部品の性能、寿命及び/又は信頼性を改善するために、再設計、新たな材料の取り入れ及び/又は製造改良によって部品をリエンジニアリングすることが有益であることが多い。しかし、旧来の部品に関連する3D部品設計図面及び3Dツーリング図面が存在しないために、利用可能な物理的サンプルから始めて、そのような部品をリエンジニアリングしなければならない。
【0004】
現在のリバースエンジニアリングプロセス及びリエンジニアリングプロセスは長い時間を要する骨の折れる作業である。例えば、着陸装置などの複雑な機械の場合、鋳造物を作成するのに通常は18から24箇月のサイクルを必要とするため、機械加工、ショットピーニング及び塗装が終了したリバースエンジニアリング済み又はリエンジニアリング済みの着陸装置を得るまでに合わせて2年から3年のサイクル時間が要求される。更に、複雑さを伴う部品に関する現在のリバースエンジニアリングプロセスは、同種の部品に特有のエンジニアリングの知識と判断を相当量必要とする。従って、リバースエンジニアリングを実行するエンジニアは同じ種類の部品のリバースエンジニアリングに熟達していなければならない。この条件があるために、そのような同種の部品に特有の経験を持つエンジニアが不足することになり、その結果、サイクル時間はますます長くなり、スループットは低下する。
【0005】
現在のリバースエンジニアリング及びリエンジニアリング(ここでは、2つを合わせて「リエンジニアリング」という)のプロセスは、全体としてエンジニアリングプロセスを容易にすることができる適切な手段を含んでいない。リバースエンジニアリングツールとして市販されているツールは、通常、いくつかのクラスの部品に対して局所的ジオメトリ再構成を適用する。しかし、市販のツールは、通常、リバースエンジニアリングサイクルの約5%未満にしか適用できない。そのため、従来のリエンジニアリングプロセスでは、経験豊富なエンジニアに労力が集中したままである。更に、部品設計規則及びツーリング設計規則を適用するときに経験豊富なエンジニアに依存するだけであるので、部品の機能の上で極めて重大であることが判明するかもしれないような設計規則が容易に見逃されてしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、物理的部品設計情報又は不完全な設計情報しか利用できない場合に、部品と機能の上で同等のもの又はそれを越えるものを獲得するための方法及びシステムを開発することが望ましいであろう。更に、経験豊富なエンジニアが複雑な部品をリバースエンジニアリング及びリエンジニアリングする負担を軽減するために、部品設計及びツーリング設計の経験を通して獲得した知識を適用するための方法及びシステムが望ましいであろう。加えて、部品設計ジオメトリ及びツーリングジオメトリを開発し且つ評価するために使用されるアプリケーションモデルの一貫性を確保するために、設計システム及びデータベースにわたり情報を統合するための方法及びシステムが望ましいであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】
簡単に言うと、本発明の一実施例によれば、部品をリエンジニアリングする方法は、部品に関する編集可能ジオメトリから部品のパラメトリックマスターモデルを生成することと、デザインマスターモデルから製造コンテキストモデルを生成することとを含む。デザインマスターモデルはパラメトリックマスターモデルを含み、製造コンテキストモデルは複数のツーリング特徴を含む。方法は、製造コンテキストモデルからツーリングマスターモデルを作成することを更に含む。ツーリングマスターモデルは部品に関するツーリングジオメトリを含む。
【0008】
本発明の別の実施例によれば、部品をリエンジニアリングするシステムは、編集可能ジオメトリからパラメトリックマスターモデルを生成するように構成された部品デザインマスターモデルモジュールを含む。システムは、パラメトリックマスターモデルを受信し、パラメトリックマスターモデルから製造コンテキストモデルを生成し、且つ製造コンテキストモデルからツーリングマスターモデルを作成するように構成されたツーリングマスターモデルモジュールを更に含む。
【0009】
本発明の上記の特徴、面及び利点、並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより更に良く理解されるであろう。図面中、同じ図中符号は同じ部品を表す。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1に示すフローチャートを参照して本発明の方法の一実施例の概要を説明する。部品10をリエンジニアリングする方法は、部品10に関する編集可能ジオメトリ112から部品10のパラメトリックマスターモデル114を生成することを含む。ここで使用される語句「部品をリエンジニアリングする」は、既存の部品10について機能の上で同等のものを獲得すること(「リバースエンジニアリング」と呼ばれることが多い)又はそれを上回るものを獲得すること(「リエンジニアリング」と呼ばれることが多い)を意味する。既存の部品10と機能の上で同等のものとは、既存の部品に類似する構造(形状、材料特性)を有し且つ類似する性能及び寿命特性を有する部品であり、既存の部品10を上回るものとは、性能特性又は寿命特性が改善され且つ構造の上では類似していない点も有ると考えられる部品である。更に、「既存の部品」ということばは現実の物理的部品、又はレガシーデザイン、例えば、部品設計に関わる2D図面が存在している部品のいずれかを意味する。従って、パラメトリックマスターモデル114は、類似する性能特性又は改善された性能特性を有するように部品10をリエンジニアリングすることにより獲得された部品10のデザインを含む。図3に指示するように、パラメトリックマスターモデル114はコンピュータ支援設計(CAD)システム(又はプログラム)40において編集可能ジオメトリ112から生成される。編集可能ジオメトリ112の一例は、CADシステム40を使用して生成される編集可能非パラメトリックCADモデル(同様に図中符号112により指示される)である。市販のCADソフトウェアの例としては、Unigraphics Solutionsが販売しているUnigraphics、Parametric Technologiesが販売しているProEngineer、IBM/Dassault Systemsが販売しているCATIA、SDRCが販売しているI−DEAS及びAutocadなどがある。しかし、本発明は特定のCADソフトウェアには全く限定されず、どのようなCADソフトウェアの使用をも含む。
【0011】
「編集可能」とは、例えば、CADソフトウェアを使用してジオメトリ112の固有形態を変更できることを意味する。しかし、ここで使用する用語「非パラメトリック」は、ジオメトリ112が一組のパラメータによってスケーリングせず、断片的に編集されなければならないことを意味している。これに対し、パラメトリックマスターモデル114のような「パラメトリック」モデルは、部品ジオメトリが穴、線、曲線、面取りされた面、ブレンド、半径、十分に定義された形状、ユーザ定義済み形状、形状ライブラリから取り出された形状などの特徴、並びにそれらの特徴と関連するパラメータ及びそれらの特徴の間の関連パラメータによって記述されるような部品10の表現、例えば、CADソフトウェア内で使用可能であるコンピュータモデルである。ある所定の時点で、パラメータは特定の数値又はパラメータ間の関係を有する。このような部品10のパラメトリック表現は、部品10が全て変更可能である一組のパラメータ、例えば、長さ、幅及び高さなどによって記述されているという意味でフレキシブルであることが望ましい。従って、1つ以上のパラメータの値を変化させることにより、パラメトリックマスターモデル114を全て一度に変更することが可能である。更に、モデルはパラメトリックであるため、方法は同じ系列の部品全てに適用される。ある種類に属する部品は、それらの部品を記述するパラメータの値に関して又は小さな位相的変化、例えば、それぞれ異なる加工工程に対応する穴の大きさ又は位置の相違に関して異なっているにすぎない。
【0012】
方法は、デザインマスターモデル120から製造コンテキストモデル136を生成することを更に含む。製造プロセスは、通常、1つ以上の製造工程を含む。製造プロセスにおけるある特定の工程の所望の最終結果は、製造されるべき部品の「形状」である。製造コンテキストモデル136は各々の製造工程の最終結果(すなわち、「形状」)を規定する。言い換えれば、各製造工程の目標は、その製造工程について製造コンテキストモデル136に類似して見える部品を作成することである。ここで使用する語句「コンテキストモデル」は、基礎パラメトリックモデルにおいて1つのパラメータ値を変更したとき、コンテキストモデルがこの変化を反映するように自動的に更新されるように、基礎パラメトリックモデルとの間に連想関係を有するモデルを意味する。
【0013】
製造コンテキストモデル136はいくつかのツーリング特徴132を含む。ツーリング特徴132は部品特徴に対してツーリングジオメトリを提供する。ブレード10の場合のツーリング特徴の例には、例えば、図9に示すように、エーロフォイル11を形成するためのエーロフォイルツーリングジオメトリ(図示せず)、ダブテール13を形成するための空洞ツーリングジオメトリ、プラットフォーム12を形成するためのプラットフォームツーリングジオメトリなどがある。ツーリング特徴132はツーリング部分特徴(同様に図中符号132により指示されており、一般には同様に「ツーリング特徴」132と呼ばれる)を含むこともある。例えば、エーロフォイルツーリングジオメトリは、エーロフォイル11の圧力側160及び吸い込み側161を形成するための圧力側ツーリング部分特徴と、吸い込み側ツーリング部分特徴とを含む。
【0014】
図1に示すように、デザインマスターモデル120はパラメトリックマスターモデル114を含む。1つの例によれば、デザインマスターモデル120は一組の幾何学的寸法及び許容差(GD&T)と、部品10の複数のCAD図面122と、一連の検査データとを含む。部品10のCAD図面の例として、リエンジニアリング済み部品10のCAD図面がある。検査データは、例えば、製造後の部品の品質を検査するために製造後の部品について何を検査すべきであるか、及び検査システムに対して何が入力になると考えられるかを指定する。
【0015】
ツーリングマスターモデル134は製造コンテキストモデル136から作成される。ツーリングマスターモデルは部品10のツーリングジオメトリ62を含み、パラメトリックモデルである。ツーリングジオメトリ62は、例えば、ツーリング特徴132を結合するために連続条件又はその他の整合条件を課すツーリング設計規則を適用することにより、ツーリング特徴132から獲得される。ある特定の実施例によれば、ツーリングマスターモデル134は製造工程ごとのプロセスパラメータと、ツールパスとを更に含む。ツールパスは、1つ以上の機械加工工程又は材料追加工程を含む製造プロセスに関して含まれている。ツールパスの例としては、カッター、レーザー及びドリル、並びにソリッドフリーフォーム製造(例えば、レーザークラッディング)及び急速プロトタイピング(例えば、ステレオリソグラフィー及びLOM)に関わるパスがある。許容差を追加した(図8に関連して以下に更に詳細に説明する)後、リエンジニアリングに従って部品10を製造するために、ツーリングマスターモデル134を使用してハードツーリングを生成する。ハードツーリング400は、リエンジニアリング済み部品を形成するために使用される物理的ツーリングである。ハードツーリングは硬質材料(例えば、硬化工具鋼などの金属)、軟質材料(例えば、樹脂、低融点合金、ワックス、木材及びアルミニウム)、及びそれらの組み合わせから製造されれば良い。
【0016】
部品10をリエンジニアリングするために、一実施例による方法は部品10を特徴づけるデータを獲得することと、そのデータから部品10の編集可能ジオメトリ112を生成することを更に含む。第2の実施例においては、編集可能ジオメトリ112はレガシーデザイン情報から獲得される。データ収集は、部品10を測定するか、又は部品10を特徴づける既存のデータセットを使用することにより実行される。あるいは、レガシーCAD入力を使用して編集可能ジオメトリ112を獲得することも可能である。編集可能ジオメトリ112を生成するために、データは部品10の幾何学的データを含む。また、データは部品10の属性データを更に含んでいると有用である。一般に、属性は、例えば、表面仕上げ、材料の種類、部品10に対する被覆の有無及び密度などの非幾何学的特性である。属性データと幾何学的データとを区別することは、特定の幾何学的特徴が不要である様々な解析の間に幾何学的データを抑制できるという意味で有用である。例えば、ボルト穴は応力解析の間には通常は存在しているが、計算流体力学解析の間には省略される。
【0017】
部品10を測定する前に、図1に指示するように、部品10の少なくとも1つの装備設定を判定し且つ実現することが望ましい。2種類以上の測定技法を採用する場合には、それぞれの測定技法について装備設定を繰り返す。
【0018】
部品10を測定する技法として、デジタルX線撮影と光学走査は有用である。デジタルX線撮影の一例はコンピュータ断層撮影(CT)であり、その場合、部品10は、例えば、工業用CTシステムを使用して走査される。光学走査技法の例には、例えば、点、線又は面積を利用するスキャナなどの非接触3D測定システム(図示せず)、一例として、回転位置決め部品及び固定部品と組み合わされた光ゲージシステム(同様に図示せず)などを使用して実行される非接触光学3次元(3D)走査がある。その他の測定技法には、例えば、赤外線放射測定及び座標測定機械(CMM)の使用などがある。更に、データ収集は単一の測定技法に限定されない。一実施例においては、部品10は装備設定後にコンピュータ断層撮影を使用して走査される。この実施例では、部品10は点、線又は面積を利用するスキャナによっても走査される。CT走査と点、線又は面積利用走査の双方から収集されたデータを使用して、編集可能ジオメトリ112を生成する。複数の測定技法を使用すると、部品10に関する追加情報が提供されるという利点がある。
【0019】
部品10は損傷又は摩耗することがあるので、縁部などの特定の特性を変更するため、又はデータからCADモデルを増補するために部品10のCADモデルは編集可能であることが望ましい。更に、特に隣接する特徴の間で表面品質を評価し、調整することが望ましいであろう。表面品質は表面の滑らかさ、表面接合部における幾何学的連続性及び内面構造を含む。図1のブロック1に示されているプロセス、すなわち、測定データ15からの部品10の編集可能ジオメトリ112の生成は、図2にブロック形態で示されている。一実施例によれば、幾何学的データから、部品10の非パラメトリックコンピュータ支援設計CADモデル212が生成される。次に、非パラメトリックCADモデル212を再構成して編集可能ジオメトリ112を獲得するが、この再構成は逆CADモデリングを実行することから成る。逆CADモデリングプロセスの一例は、表面18から一定{u,v}曲線の集合を抽出することと、次に、一定{u,v}曲線を使用して表面18を再ロフティングし、例えば、先に述べた市販のCADシステムのうちの1つを使用して、編集可能な非パラメトリックCADモデル(同様に図中符号112により指示される)を獲得することとを含む。
【0020】
更に特定された実施例によれば、非パラメトリックCADモデル212は次のように生成される。まず、図2に示すように、データのサブセット16を獲得するためにデータを縮小する。データ縮小の例としては、データを管理可能サブセット16に縮小するための冗長データポイントを除去することがある。次に、データの複数の特徴サブセット17を獲得するためにサブセットを分割する。各々の特徴サブセットは部品10の1つの特徴に対応している。特徴の例としては、幾何学的特徴がある。図9に示すタービンブレード10の場合、特徴は、例えば、エーロフォイル11、プラットフォーム12及びダブテール13などである。次に、特徴サブセット17から曲線及び面の集合18を獲得するために、幾何学的特徴抽出を実行する。曲線及び面は部品10の特徴を特徴づけている。非パラメトリックCADモデル212を獲得するために、曲線及び面18をコンピュータ支援設計(CAD)ジオメトリにインポートする。あるいは、CADシステムを使用して曲線及び面18を生成することも可能である。
【0021】
分割と幾何学的特徴抽出は周知のプロセスであり、市販のソフトウェアを使用して実行できる。例えば、EDS Corp.により供給されるSurfacer(商標)などの市販のソフトウェアを使用して、分割を実行することができる。タービンブレード10の場合、分割の一例はエーロフォイル11、プラットフォーム12及びダブテール13に対応するデータの特徴サブセット17を獲得する。この例では、幾何学的特徴抽出の一例は、エーロフォイル11、プラットフォーム12及びダブテール13を特徴づける特徴サブセットに基づいて曲線及び面を抽出する。Surfacer(商標)などの市販のソフトウェアを使用して、この幾何学的特徴抽出を実行することができる。
【0022】
より特定された実施例によれば、分割は関数空間分解を実行することから成る。すなわち、1つのデータポイントの周囲の3Dユークリッド空間を関数分割し、それに1つのビットコードを割り当てることにより、隣接性及び結合性の問題に関する意思決定を容易にする。部品10を測定し、測定データから編集可能ジオメトリ112を生成することにより、部品の老朽化又は資料保管のずさんさが原因となってCCADデザインを有していない既存の部品のコンピュータモデリングが可能になるので、好都合である。
【0023】
例えば、CADソフトウェアを使用して、編集可能ジオメトリを変更することは可能であるが、編集は断片的に実行される。例えば、全てが可変である長さ、幅及び高さなどの一組のパラメータにより記述される部品10のフレキシブルな表現を獲得するために、先に述べたように、編集可能ジオメトリ112からパラメトリックマスターモデル114が生成される。特定の一実施例によれば、パラメトリックマスターモデル114の生成は、編集可能ジオメトリ112から複数の重大パラメータ113を識別し、それらを抽出することを含む。重大パラメータ113の例には部品10の寸法及び湾曲があり、それらは、例えば、ユーザにより識別される。識別は、例えば、測定データ15の収集及び編集可能ジオメトリ112の生成に先立って、方法の予備段階として実行される。あるいは、識別はCADシステムを使用して編集可能ジオメトリ112を検査するときに実行される。ここで使用される語句「重大パラメータ113の抽出」とは、編集可能ジオメトリ112を使用して重大パラメータ113について既存の値又は望ましい値を判定することを意味する。例えば、部品10をリバースエンジニアリングするために本発明の方法を使用する場合、抽出はそれらのパラメータについて既存の値を判定することを含む。しかし、部品10は損傷又は摩耗していることもありうるので、既存の値の抽出は、例えば、編集可能ジオメトリから得られた値の補外を含む。これに対し、部品10をリエンジニアリングするために本発明の方法を使用する場合には、抽出は重大パラメータ113の既存の値の判定(摩耗又は損傷した部品10について編集可能ジオメトリから獲得された値の補外を含む)と、編集可能ジオメトリ112から獲得された既存の値を改善するためのエンジニアリング知識の適用の双方を含む。
【0024】
更に特定された実施例によれば、重大パラメータ113は図3に示すように抽出される。パラメトリックマスターモデル114を獲得するために、CADプログラム40に格納されている編集可能ジオメトリ112に一組の知識ベースエンジニアリング(KBE)部品設計生成規則116が適用される。KBE部品設計生成規則116は部品10に関するパラメトリックジオメトリを構成するためのエンジニアリングノウハウを含み、例えば、Unigraphics環境に関わる知識ベースエンジニアリングモジュールであるEDSのKnowledge Fusionを使用して、又はHeidi Corp.により供給されるIntent Knowledge Stationを使用して、知識ベース環境118において実現される。知識ベース環境118は図3にはCADプログラム40の外にあるように示されているが、知識ベース環境はCADプログラムの内部にあっても良いし、あるいは外部にあっても良く、本発明は内部知識ベース環境118と外部知識ベース環境118の双方を含む。
【0025】
KBE部品設計生成規則116は、例えば、重大パラメータ113と編集可能ジオメトリ112の他の属性との関係を指定する。更に、部品設計生成規則116は、例えば、幾何学的エンジニアリング規則及び非幾何学的エンジニアリング規則を含む。例えば、幾何学的規則はエーロフォイル11の所望の長さと幅の比である。非幾何学的規則の一例は、実験データと、スラスト、流量及び効率の必要条件とに基づくブレード列当たりの推定エーロフォイル数である。非幾何学的規則のもう1つの例は、材料の重量及び強度に関連する材料の熱応力限界を考慮することである。KBE部品設計生成規則116の基礎を成すコードは、例えば、スプレッドシートで実行されるか、又はシミュレーションコードを使用して実行されれば良い。データベース、例えば、材料データベースを検索することにより、値を求めることも可能である。特定の一実施例によれば、KBE部品設計生成規則116は測定される現実の部品10に基づいて妥当性検査される。このように、知識ベース環境118は、CADプログラム40の機能を呼び出すことにより、部品10に関するCADプログラム40におけるパラメトリックジオメトリの作成を制御する。KBE部品設計生成規則116は同じ系列の部品について相当に多くの経験を積んだエンジニアのエンジニアリングノウハウを保持しており、それにより、それらの熟達したエンジニアにかかるリバースエンジニアリングプロセス及びリエンジニアリングプロセスの負担を軽減するため、好都合である。
【0026】
パラメトリックマスターモデル114がいくつかの機能条件及び製造可能性条件を満たすことを保証するために、パラメトリックマスターモデル114に一組のKBE部品設計検査規則117が適用される。ブレード10の場合、機能条件及び製造可能性条件の例としては、最大応力基準以下の計算上の応力及び製造時に要求される最小フィレット半径より大きい選択されたフィレット半径などがある。しかし、機能条件及び製造可能性条件はリエンジニアリングされるべき部品10に基づいて変化する。具体的には、KBE部品設計検査規則117は、図3に示すように、知識ベース環境118で実現される。検査規則は、例えば、パラメトリックマスターモデル114を評価するために解析121を実行することを含む。解析121を実行するために必要な動作条件及びその他のデータを格納するデータベース50は、図3に指示するように、リンクトモデル環境(LME)30を介してアクセスされる。
【0027】
図4は、KBE部品設計生成規則116及びKBE部品設計検査規則117の適用の一例を示す。ブレード10の場合、KBE部品設計生成規則116の一例は、エーロフォイル11の前端部21及び後端部22における角度が流線ごとにエーロフォイル11のプロファイルを生成することである。ブレード10の場合、KBE部品設計検査規則117の一例は、部品10の1つの領域、例えば、前端部21が負荷を受けたときにある応力に耐えなければならないことである。KBE部品設計検査規則117の適用はLME30を介して応力解析121を開始させる。応力解析121の実行はパラメトリックジオメトリ114をメッシュ化することと、境界条件を適用することと、応力解析コードを実行することと、前端部21におけるピーク応力がKBE部品設計検査規則117を満足させるか否かを判定することとを含む。満足させない場合、いくつかの修正措置を採用することができる。例えば、デザイン変更を行うか、又はパラメトリックジオメトリを修正する。一実施例によれば、パラメトリックマスターモデル114が改訂され、応力解析121の結果が満足できるものになるまで、応力解析121が1回以上繰り返される。あるいは、パラメトリックマスターモデル114の改訂と応力解析121の反復を所定の回数だけ繰り返し、最も満足できる応力解析結果をもたらした回を選択する。
【0028】
新たな部品を設計する場合と同様に、部品10をリエンジニアリングするときにも1回以上のエンジニアリング解析(同様に図中符号121により指示される)を実行することが有用である。エンジニアリング解析の例としては、応力解析、熱伝達解析、流体力学解析及び燃焼解析などがある。特定の一実施例によれば、方法は、エンジニアリング解析121を実行するために少なくとも1つのデザイン解析コンテキストモデル150を作成することを更に含む。図5に示すように、デザイン解析コンテキストモデル150はリンクトモデル環境30において作成される。デザイン解析コンテキストモデルはLME30で作成されるため、パラメトリックマスターモデル114に対して変更が行われたときには、自動的にデザイン解析コンテキストモデルも更新されるので、有利である。背景として、リンクトモデル環境(LME)は、エンドユーザに対してシームレスであるように市販のコード又は所有権を主張できるコードを使用することを含むメソドロジーである。具体的には、典型的なLMEはCADプログラムに格納されているジオメトリを外部解析コードにリンクする。典型的なLMEの一例は、有限要素解析のためにUnigraphicsコンテキストモデルを採用し、ICEMを介してコンテキストモデルを実行して、メッシュ化ANSYS入力ファイルを作成し、次に、ANSYSを実行して結果を生成するCプログラムである。LMEの例にはインタフェース、スクリプト、1つのプログラム及びプログラムの集合体がある。
【0029】
図5に示すように、デザイン解析コンテキストモデル150はパラメトリックマスターモデル114から取り出される連想コピー115を含む。連想コピー115はエンジニアリング解析121を実行するように構成されている。ここで使用する用語「連想」は、パラメトリックマスターモデル114と連想コピー115との間にマスター−スレーブ関係が存在することを意味している。言い換えれば、パラメトリックマスターモデル114がエンジニアリング解析を実行するために必要な詳細のレベルまで抽象化されているということになる(例えば、必要な詳細は部品10の1つの特定の一部分のみを含む場合もある)。例えば、ブレード10をモデル化する場合、エンジニアリング解析にブレード10の特定の一部分(例えば、エーロフォイル11又は前端部21)が必要とされていれば、それがパラメトリックマスターモデル114から連想コピー115へ抽象化される。マスター−スレーブ関係があるため、連想コピー115はパラメトリックマスターモデル114に同期される。例えば、パラメトリックマスターモデル114の変更は連想コピー115に反映される。より特定された実施例によれば、コンテキストモデル150はアセンブリファイルを介してパラメトリックマスターモデル114にリンクされている。
【0030】
エンジニアリング解析を実行するために、コンテキストモデル150はエンジニアリング解析プログラム121に適合していなければならない。典型的なエンジニアリング解析プログラムは、例えば、機械的応力、熱伝達、モーダル解析、バックリング及び計算流体力学の問題を解決するためのアルゴリズムを提供し、その例としては、ANSYS、ABAQUS及びStar−CD(商標)などがあるが、それらには限定されない。コンテキストモデル150をエンジニアリング解析プログラム121に適合させるために、より特定された実施例によれば、図5に示すようにコンテキストモデル150が作成される。図5に指示するように、特徴除去デザインモデル216を獲得するために、いくつかの解析コードガイドラインを使用して連想コピー115を方向づけし且つ特徴除去する。例えば、エンジニアリング解析121は、図5に示すように、連想コピー115を90度回転させることを要求する場合もある。特徴除去は、エンジニアリング解析121を実行する上で必要ではない連想コピー115の部分を除去しつつ、エンジニアリング解析121を実行するために必要な連想コピー115のサブセットを獲得するために実行される。
【0031】
エンジニアリング解析121のためのメッシュ化を簡単にするために、解析コードガイドラインを使用して特徴除去デザインモデル216をチャンク化し、チャンク化デザインモデル217を獲得する。ここで言う「メッシュ化」とは、例えば、多項式を使用することにより、パラメトリック形状を、関心あるフィールド量を近似することを可能にする十分に小さなピースに細分することである。ここで使用する用語「メッシュ化」は、有限要素解析(FEA)プログラムで使用される「メッシュ化」と、計算流体力学(CFD)プログラムで使用される「グリッド化」の双方を含む。当該技術においてメッシュ化を表すために使用される別の用語は「離散化」である。
【0032】
ここで使用される用語「チャンク化」は、特徴除去デザインモデル216を単純な形状(例えば、6辺ボリューム)の集合体に再分割することを意味し、それらの単純な形状のブール和は元の形状を構成し、各々の形状は親ジオメトリの全情報を含んでいる。パラメトリックマスターモデル114のジオメトリと、チャンク化デザインモデル217の単純形状との空間的関係がアセンブリ機能性の方法を使用することにより保持されることは当業者には理解されるであろう。ここで言うアセンブリ機能性は、CADシステムが部品間の空間的関係を処理する能力を意味する。そのような機能性を提供するシステムは、例えば、Unigraphics Solutionsが販売しているUnigraphics(商標)である。
【0033】
エンジニアリング解析121を実行するためのデザイン解析ジオメトリ218を獲得するために、解析コードガイドラインを使用して、チャンク化デザインモデル217に対して面及び境界抽出を実行する。デザイン解析ジオメトリ218はデザイン解析コンテキストモデル150を獲得するためにタグ付けされる。タグ付けは、位相的エンティティ(例えば、固体、面、辺など)の一意識別子(「タグ」)を要求する典型的なエンジニアリング解析プログラムに対応するように実行される。通常、タグは名前又は名前値対であり、名前及び値はエンジニアリング解析プログラムに対して何らかの意味を持つ。例えば、「Airfoil_UIP」という名称を与えられた名前は、エンジニアリング解析コードが異なるメッシュシードを適用しなければならないエーロフォイル固体のチャンク化部分をタグ付けするために使用されても良い。名前値対は、例えば、エンジニアリング解析コードが1000の値を有する温度境界条件を適用することが必要である領域に適用される「temp=1000」であっても良い。
【0034】
具体的には、図5に指示するように、LME30内部で方向づけ、特徴除去、チャンク化、面及び境界抽出、並びにタグ付けが実行される。
【0035】
特定の一実施例による本発明の方法は、次のようにエンジニアリング解析を実行するためにデザイン解析コンテキストモデル150を準備することを更に含む。図5に示すように、メッシュ化デザインモデル221を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してデザイン解析コンテキストモデル150がメッシュ化される。解析コードガイドラインは、例えば、メッシュ化に伴って問題を引き起こすと考えられる穴、フィレット及びその他の特徴などの特徴を考慮に入れて、モデルの分解能に基づいてメッシュシードの勧告をユーザに提供する。また、解析コードガイドラインの例は、先の解析に基づいて以前のチャンク化及び特徴除去に対して示唆される修正をユーザに提供する。具体的には、ANSYS、ABAQUS及びSTAR−CD(商標)などのエンジニアリング解析プログラムの翻訳スクリプトがメッシュ化を実行する。すなわち、それらがエンジニアリング解析プログラムにいかにしてモデルをメッシュ化すべきか、並びに境界条件及び負荷をいかにして適用すべきかを通知する。
【0036】
予備知識として、スクリプトは、繰り返し実行されるであろうイベントのシーケンスを自動化するためにオペレーティングシステム(例えば、HP−UX又はWindows(登録商標)2000)により、又は特定のプログラム(Unigraphics、ANSYSなど)により解釈されるASCII(又はテキスト)ファイルとしての指令の集合体である。例えば、一例であるANSYSスクリプトはICEMからメッシュ化モデルを開き(ユーザにより与えられる名前をスクリプトのランごとに設定することができる)、メッシュ化モデルの特定のタグ付き領域(KBE規則により生成されるASCIIファイルで供給される)に境界条件を適用し、解析を実行し、且つ特定のフォーマットの所定の結果のセットを出力ファイルに戻す。
【0037】
図5に示すように、デザイン解析モデル222を獲得するために、解析コードガイドラインを使用していくつかの境界条件がメッシュ化デザインモデル221上へマッピングされる。例えば、翻訳スクリプトがマッピングを実行する。境界条件の例は、例えば、ブレード10の圧力、温度及び負荷のような動作条件から獲得される。具体的には、ノードポイントの数及び動作データの忠実度に応じて、境界条件を獲得するために、圧力及び温度などの動作条件を平均するか、補間するか、又は補外しなければならないであろう。加えて、境界条件は、例えば、圧縮機円板及びタービン円板の円板サイズに関わる生成規則に対する入力であるRPMなどの動作データを含んでいても良い。境界条件の別の例は部品10の材料の種類及び微細構造から獲得される。境界条件の更に別の例は解析結果、例えば、以前に実行されたエンジニアリング解析の結果を含む。部品10の材料などの境界条件は、例えば、UniguraphicsのiMAN及びeMatrixなどの製品データ管理(PDM)システム20に格納される。一実施例によれば、境界条件は、Unigraphics Waveを経て利用可能であるLMEメソドロジーなどのリンクトモデル環境(LME)30を介してPDMシステム20をリンクすることによりマッピングされる。更に、準備は、閉鎖形態エンジニアリングソリューションがわかっている標準の形状及び負荷の識別(例えば、翻訳スクリプトを使用する)を含んでいても良い。
【0038】
より特定された実施例による本発明の方法は、エンジニアリング解析データ223を獲得するためにデザイン解析モデル222に対してエンジニアリング解析を実行することを更に含む。具体的には、デザイン解析モデル222及びいくつかの収束基準を使用して、エンジニアリング解析コードが実行される。収束基準は、ユーザ指定制約の全て、等式求解機が解に向かっているか否かを判定する。エンジニアリング解析の例は熱解析及び応力解析であり、例えば、有限要素法又は有限差分法を適用して、データファイルを生成することにより実行される。典型的なデータファイルコンテンツは応力、変位、圧力、温度又は速度の値を含む。例えば、エンジニアリング解析コードは、エンジニアリング解析コードをラッピングすることにより定義される一般化インタフェースを介してエンジニアリング解析を提供するサーバであるシミュレーションエンジンに格納されている。
【0039】
エンジニアリング解析データ223は、パラメトリックマスターモデル114の性能を改善するために、その基礎にあるデザインを改訂するために使用されることが望ましい。例えば、エンジニアリング解析データを評価し、不満足であると思われる場合には、図5に指示するように、一組の再設計目標を使用して部品10のデザイン、従って、パラメトリックマスターモデル114のデザインを修正する。再設計目標は実現形態に基づいて変化する。しかし、ブレード10の再設計目標の例としては、冷却効率、軽量化及びピーク応力の低減などがある。これに対し、評価の結果が満足できると判明した場合には、図5に指示するように、パラメトリックマスターモデル114は変更されない。エンジニアリング解析データ223の評価は、自動化コンピュータプログラム(例えば、Engineous SoftwareによるiSIGHT(商標)又はPhoenix IntegrationによるModelCenter(商標))により実行されるか、あるいはオペレータにより実行される。性能が不満足であると思われる場合、自動化コンピュータプログラム又はオペレータは、部品10を特徴づける幾何学的パラメータを修正することにより、部品10のデザインを改訂する。これにより、パラメトリックマスターモデル114が更新される。更に、デザイン解析コンテキストモデル150はパラメトリックマスターモデル114の連想コピー115を含んでいるため、デザイン解析コンテキストモデル150も更新される。従って、図5に指示するように、デザインに対して行われた変更が小さいパラメトリックスケールであれば、2度目以降の全ての反復について方向づけ、チャンク化、面及び境界抽出の実行、並びにタグ付けを繰り返す必要はない。しかし、タグ付けを経た同じチャンク化の適用が不満足な結果をもたらすであろうと考えられる場合のような、デザインの位相的変更又は大きなパラメトリックスケールのデザイン変更に関しては、メッシュ化ストラテジの変更を考慮に入れるためにスクリプトが改訂されることが望ましい。方法は2つの可能性を含んでいる。
【0040】
パラメトリックマスターモデル114(及びその連想により、デザイン解析コンテキストモデル150)の更新の後、性能が改善されたか否かを判定するために、エンジニアリング解析121を繰り返すことが有用である。エンジニアリング解析121の繰返しは、例えば、先にエンジニアリング解析121の元来の性能に関して説明したように、デザイン解析モデル222を獲得するための境界条件のメッシュ化及びマッピングを含む。次に、先に述べたように、新たなエンジニアリング解析データのセットを獲得するためにエンジニアリング解析コードが実行される。小さなパラメトリックスケールのデザイン変更に関するエンジニアリング解析121の「繰返し」は、先に説明したメッシュ化、マッピング及び実行の各過程で作成された既存のスクリプトの実行を含むことが理解されるであろう。これらのスクリプトはデザイン解析コンテキストモデル150の作成時に最初に開発されたタグ付きジオメトリに依存しているため、これ以降の反復において繰り返される必要はない。これに対し、位相的デザイン変更又は大きなパラメトリックスケールのデザイン変更の場合には、エンジニアリング解析121の「繰り返し」は、メッシュ化ストラテジの変更を考慮に入れるためにスクリプトを改訂することを含む。
【0041】
一実施例では、満足できる結果が得られるまで、パラメトリックマスターモデル114は改訂され、エンジニアリング解析121が繰り返される。別の実施例においては、時間又は計算上の制約に対応するため、所定の回数だけ、例えば、5回だけ、パラメトリックマスターモデル114は改訂され、エンジニアリング解析121は繰り返される。この実施例の場合、それらの繰り返しから、例えば、自動化コンピュータプログラム又はオペレータにより、所定の一組の基準に対して最適の結果が選択される。より一般的には、実現形態に応じて、所定の反復回数は1回以上であろう。
【0042】
より特定された実施例によれば、デザインの性能を更に評価するため、少なくとも1つの追加コンテキストモデル(図示せず)が生成され、追加エンジニアリング解析が実行される。例えば、熱解析が申し分なく完了した後、応力解析が実行される。先にコンテキストモデル150に関して説明し且つ図5に示したように追加コンテキストモデルは生成され、追加エンジニアリング解析が実行される。この実施例の場合、満足できるデザイン(及び対応するパラメトリックマスターモデル114)を獲得するために、先にエンジニアリング解析121に関して説明したように、パラメトリックマスターモデル114が改訂され且つ追加エンジニアリング解析が繰り返される。ブレード10の場合の満足できるデザインは、例えば、ブレードに課される熱、応力及び変位に関するあらゆる制約条件に適合する。別の実施例においては、パラメトリックマスターモデル114が改訂され、追加エンジニアリング解析は所定の回数だけ繰り返され、それらの繰り返しから部品10の最適のデザインが選択される。
【0043】
先に述べた通り、パラメトリックマスターモデル114は部品10と同じ系列の全ての部品に対して部品デザインを提供することが望ましい。従って、パラメータの値を変更することにより、リエンジニアリングプロセスを繰り返すことなく、同じ系列の様々に異なる部品のデザインが提供される。
【0044】
パラメトリックマスターモデル114が仕上げられた後、製造の準備としてパラメトリックマスターモデル114に幾何学的寸法及び許容差(GD&T又は「幾何学的許容差」)が追加されることが望ましい。GD&Tは、パラメトリックマスターモデル114の基礎にある部品デザインにより指定される公称サイズ及び公称形状からの最大許容偏差を指定する。一実施例では、本発明の方法は、図7に示すように、パラメトリックマスターモデル114にGD&Tを追加するために生産可能性データベース240からの生産可能性データによってパラメトリックマスターモデル114を処理することを更に含む。例えば、パラメトリックマスターモデル114はラッパー241を介して生産可能性データベース240にリンクされている。ラッパーは解析プログラムをラップアラウンドするアプリケーションインタフェースコードであり、その一例はFederated Intelligent Product Environment(FIPER)ラッパーである。生産可能性データの例には、例えば、鋳造作業の表面平坦度を表すプロセス能力限界がある。この実施例の場合、デザインマスターモデル120は、幾何学的寸法及び許容差を伴うパラメトリックマスターモデル114を含む。
【0045】
デザインマスターモデル120が生成された後、製造コンテキストモデル136が生成される。先に述べた通り、製造コンテキストモデル136は各々の製造工程における部品の最終結果(すなわち、「形状」)を規定し、ツーリング特徴132を含む。製造工程はあらゆる種類の製造プロセス、例えば、成形工程、材料追加工程(例えば、蒸着)、材料除去工程(例えば、機械加工、EDM及びECM)、急速プロトタイピング工程(例えば、ステレオリソグラフィー)及び仕上げ工程(例えば、ショットピーニング又はレーザーピーニング)を含む。機械加工工程の例にはツールパス生成がある。ツーリング特徴は部品の特徴を表すパラメトリックジオメトリである。ブレード10の場合のツーリング特徴は、例えば、エーロフォイル11を形成するためのエーロフォイルツーリングジオメトリ(図示せず)、ダブテール13を形成するための空洞ツーリングジオメトリ、及びプラットフォーム12を形成するためのプラットフォームツーリングジオメトリである。エーロフォイルツーリングジオメトリの一例は、エーロフォイル11の圧力側160と吸い込み側161を形成するための圧力側ツーリング部分特徴及び吸い込み側ツーリング部分特徴(図示せず)を含む。具体的には、特定の一実施例によれば、製造コンテキストモデル136は図7に指示するようにして生成される。図7に示すように、方向づけGD&Tモデル133を獲得するために、幾何学的寸法及び許容差を伴うパラメトリックマスターモデル114が方向づけされる。ここで使用する用語「方向づけ」は空間的方向づけを意味する。図7に示す実施例の場合、方向づけはCADプログラム42で実行される。CADプログラム40、42は、それらがパラメトリックマスターモデル114の生成と、ツーリングマスターモデル134の生成にそれぞれ使用されていることを表すために異なる図中符号で識別されている。しかし、パラメトリックマスターモデル114とツーリングマスターモデル134を生成するために同じCADプログラムを使用することも可能である。従って、2つの図中符号の使用は、2つのCADプログラムが必要であることではなく、異なるプロセスが実行されていることを指示するためであることを理解すべきである。
【0046】
製造コンテキストモデル136を獲得するために、方向づけGD&Tモデル133にいくつかの製造設計規則242が適用される。製造設計規則242は形成工程に関わるツーリング設計規則と、機械加工工程に関わるツールパス生成規則とを含み、部品10に関する、より一般的には同じ系列の部品に関するツーリング設計者の経験を表現する。ツーリング設計規則242は、例えば、パラメータ値間の公式及び他の関係を含む。より複雑なツーリング設計規則242はツーリングジオメトリコード60の実行を含む。図7に示すように、ツーリングジオメトリコード60の実行はツーリングリンクトモデル環境(LME)244を介して実行される。具体的には、ツーリング知識ベース環境243において製造設計規則242が実現される。製造設計規則242は熟達したエンジニアのツーリングデザインのノウハウを取り込むことにより、そのようなエンジニアに課されるツーリングデザインプロセスの要求を軽減するので有益である。図7に示す実施例の場合、製造コンテキストモデル136はCADプログラム42で生成される。図7ではツーリング知識ベース環境243はCADプログラム42とは別個であるとして示されているが、知識ベース環境はCADプログラムの内部にあっても、外部にあってもいずれでも良く、本発明はCADプログラム42の内部又は外部にあるツーリング知識ベース環境243を含む。例えば、Knowledge Stationは外部知識ベース環境であるが、Knowledge FusionはUnigraphicsCADプログラムの内部知識ベースエンジニアリングモジュールである。
【0047】
単純な部品(例えば、噴射成形されるプラスチックねじなど)のように、1つの製造工程しか使用されない場合には、製造コンテキストモデル136はこのように生成される。しかし、ブレード10のようにより複雑な部品に関しては、例えば、エーロフォイル11、プラットフォーム12及びダブテール13を形成し、且つエーロフォイル11にある半径方向冷却穴(図示せず)などの穴を機械加工するために、いくつかの製造工程が実行されるであろう。例示のみを目的として、図10は、仮定上の部品10の製造コンテキストモデル136の生成を示す。この部品の製造は2つの形成工程と、2つの機械加工工程とを含む。2つ以上の製造工程が採用される場合、製造コンテキストモデル136の生成は、図7及び図10に示すように、方向づけGD&Tモデル133を獲得するために製造コンテキストモデルを方向づけすることを更に含む。図10に示すように、追加製造工程を含めた製造コンテキストモデル136を生成するために、追加製造工程の製造設計規則242が方向づけGD&Tモデル133に適用される。追加製造工程を含む製造コンテキストモデル136を生成するために、追加製造工程ごとにこのプロセスが繰り返される。図10に指示する通り、製造コンテキストモデル136は製造されるべき部品の形状を規定し、且つ製造プロセスの間に実行される製造工程ごとのツーリング特徴132を指定する。
【0048】
鍛造などの形成工程に加えて、部品10の製造は、例えば、部品10にレーザーによって複数の穴を形成するなどの1つ以上の機械加工工程を含むことがある。従って、本発明による方法の別の実施例においては、製造コンテキストモデル134の生成は、図10に示すように、方向づけGD&Tモデルを獲得するために製造コンテキストモデル136を方向づけることと、機械加工工程を含む製造コンテキストモデル136を生成するために機械加工工程のツールパス生成規則242を適用することとを更に含む。機械加工工程を含む製造コンテキストモデル136を生成するために、このプロセスは機械加工工程ごとに繰り返される。この実施例の場合のツーリングマスターモデル134は機械加工工程を実行するためのツールパス及びプロセスパラメータを更に含み、ツールパスは製造コンテキストモデル136から取り出される。
【0049】
先に述べた通り、製造コンテキストモデル136は、部品特徴を表すツーリングジオメトリを提供するツーリング特徴132を含む。しかし、ツーリング(例えば、ダイス)を作成するためには、ツーリングジオメトリ62が要求される。ツーリングジオメトリ62は1つ以上の製造工程に関するツーリングのモデルである。2つの形成工程を含む製造プロセスの場合、例えば、ツーリングジオメトリ62は第1のツーリング及び第2のツーリングに関わるモデルを含み、各モデルはそれぞれの形成工程のツーリング特徴132から取り出される。具体的には、ツーリング特徴132からツーリングジオメトリ62を取り出すために、製造コンテキストモデル136にツーリング設計規則242を適用することにより、ツーリングジオメトリ62を含むツーリングマスターモデル134が生成される。図7に示す実施例の場合、ツーリング知識ベース環境243を使用してツーリング設計規則242を適用することにより、CADプログラム42においてツーリングマスターモデル134が生成される。ツーリング設計規則242は、例えば、部品10のツーリングジオメトリ62を形成するためにツーリング特徴132を結合するための連続性条件又はその他の整合条件を課す。
【0050】
ツーリングジオメトリ62に加えて、特定の一実施例によるツーリングマスターモデル134は製造工程ごとのプロセスパラメータと、ツールパスとを更に含む。具体的には、ある実施例ではプロセスパラメータはツーリングマスターモデル134に属性として含まれ、別の実施例においてはツーリングPDMシステム320のリンクト属性ファイルに格納されている。先に説明したように、ツールパスは1つ以上の製造工程を含む製造プロセスについて含まれている。例えば、製造工程が鍛造である場合、ツーリングジオメトリ62の例はダイスジオメトリ(製造コンテキストモデル136から取り出される)を含み、ツーリングマスターモデル134の例はプレス速度、温度及び負荷などのプロセスパラメータを更に含む。製造工程が機械加工作業である場合には、ツーリングマスターモデル134はツールパス(ジオメトリ)と、カッター速度、カッターの種類及び送り速度などのプロセスパラメータとを含む。
【0051】
ツーリングマスターモデル134を評価するためには、エンジン円板又は圧縮機ブレードなどの鍛造部品の場合の鍛造プロセスシミュレーションのような1つ以上の製造プロセス解析を実行することが有用である。製造プロセス解析は、製造工程が期待通りの成果をあげるかを検証すべくツーリングジオメトリ62を評価するために使用される。特定の一実施例によれば、方法は少なくとも1つのツーリングコンテキストモデル141を作成することを更に含む。ツーリングコンテキストモデル141はツーリングマスターモデル134の連想コピー142を含む。連想コピー142は製造プロセス解析321を実行するように構成されている。先に説明した通り、「連想」という用語は、ツーリングマスターモデル134に対する変更が連想コピー142に反映されるように、ツーリングマスターモデル134とその連想コピー142との間にマスター−スレーブ関係が存在していることを意味する。
【0052】
ツーリングコンテキストモデル141の作成の一例を図6に示す。これは先に説明したデザイン解析コンテキストモデル150の作成に類似している。図6に示すように、ツーリングコンテキストモデル141はツーリングリンクトモデル環境(ツーリングLME)300で作成される。ツーリングコンテキストモデル141はLMEメソドロジーを使用して作成されるため、ツーリングマスターモデル134に対する変更が行われたときには、ツーリングコンテキストモデルも自動的に更新されるので有利である。特徴除去ツーリングモデル143を獲得するために、一組の解析コードガイドラインを使用して連想コピー142が方向づけられ且つ特徴除去される。製造プロセス解析321を実行するためのメッシュ化を簡単にするために、解析コードガイドラインを使用して特徴除去ツーリングモデル143をチャンク化して、チャンク化ツーリングモデル144を獲得する。製造プロセス解析321を実行するためのツーリング解析ジオメトリ145を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してチャンク化ツーリングモデル144に対して面及び境界抽出が実行される。位相的エンティティ(例えば、固体、面、辺など)の一意の識別子(「タグ」)を要求する典型的なエンジニアリング解析プログラムに対応するために、ツーリング解析ジオメトリ145がタグ付けされ、それにより、ツーリングコンテキストモデル141を生成する。
【0053】
特定の一実施例によれば、方法は、製造プロセス解析を実行するために次のようにしてツーリングコンテキストモデル141を準備することを更に含む。メッシュ化ツーリングモデル146を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してツーリングコンテキストモデル141がメッシュ化される。図6に示すように、ツーリング解析モデル147を獲得するために、解析コードガイドラインを使用して、例えば、鍛造のためのダイスの部材間の接触条件などのいくつかの境界条件がメッシュ化ツーリングモデル146上へマッピングされる。境界条件は、例えば、図6に指示するように、ツーリング製品データ管理(PDM)システム320に格納されている。ツーリングPDMシステム320はPDMシステム20であっても良いし、あるいは独立したPDMシステムであっても良い。一実施例によれば、境界条件はツーリングLME300を介してツーリングPDMシステム320をリンクすることによりマッピングされる。
【0054】
ツーリング解析モデル147が獲得された後、図6に指示するように、ツーリング解析データ323を獲得するために、ツーリング解析モデルに対して製造プロセス解析321が実行される。具体的には、ツーリング解析モデル147と、いくつかの収束基準及びプロセスパラメータとを使用して製造プロセス解析コードが実行される。プロセスパラメータの例には、クランプ力、プレス速度及び温度などがあり、それらは、例えば、ツーリングPDMシステム320に格納されている。製造プロセス解析321は、例えば、有限要素メソドロジーを使用して実行され、製造されるべき部品及びツーリング、例えば、ダイスに関する応力、変更、温度及びひずみ速度のデータを生成するための製造プロセスのシミュレーションを含む。
【0055】
特定の一実施例によれば、次に、ツーリング解析データ323を使用してツーリングマスターモデル134のツーリングジオメトリ62を評価する。具体的には、例えば、自動化コンピュータプログラム又はオペレータによりツーリング解析データ323が評価される。ツーリング解析データ323が不満足であると考えられる場合、図6に指示するように、一組の製造目標を使用し且つツーリングデザイントレードオフを考慮に入れて、ツーリングジオメトリ62、従って、ツーリングマスターモデル134が修正される。製造目標とツーリングデザイントレードオフは実現形態に基づいて様々に変化する。ブレード10の場合の典型的なツーリング目標の例には寿命及びツーリングに使用される材料があり、ツーリングデザイントレードオフの例にはコスト、ツーリングを実行するのに要する時間及び製造時のセットアップ時間などがある。これに対し、評価の結果が満足できると判明した場合には、図6に指示するように、ツーリングマスターモデル134は変更されない。
【0056】
更に具体的には、ツーリング解析データ323が不満足であると考えられる場合、自動化コンピュータプログラム又はオペレータは、構成要素ツーリング特徴を特徴づけている幾何学的パラメータを修正することによりツーリングジオメトリ62を改訂する。その結果、ツーリングマスターモデル134が更新され、ツーリングマスターモデル134とツーリングコンテキストモデル141との間には連想関係が存在するため、この更新の結果、ツーリングコンテキストモデル141も自動的に更新される。従って、図6に指示するように、小さなパラメトリックスケールのツーリング修正に関しては、タグ付け過程を経た方向づけを繰り返す必要はない。
【0057】
ツーリングマスターモデル134(及び連想によりツーリングコンテキストモデル141)を更新した後、性能が改善されたか否かを判定するために、製造プロセス解析321を繰り返すことが有用である。製造プロセス解析321の繰り返しは図6に指示されており、先に説明したように、エンジニアリング解析121の繰り返しと同様に実行される。
【0058】
一実施例では、満足できるツーリングジオメトリ62(及び対応するツーリングマスターモデル134)が実現されるまで、ツーリングマスターモデル134は改訂され、且つ製造プロセス解析321は繰り返される。あるいは、ツーリングマスターモデル134の改訂と、その後の製造プロセス解析321の繰り返しは所定の回数(1回以上、例えば、5回)反復される。この実施例の場合、例えば、自動化コンピュータプログラム又はオペレータにより、製造目標及びツーリングデザイントレードオフに基づいて繰り返しの中から部品10の最適のツーリングジオメトリが選択される。追加の製造プロセス解析を実行すべきではない場合、ツーリングマスターモデル134は最適のツーリングジオメトリに対応している。
【0059】
より特定された実施例によれば、ツーリングジオメトリ62の性能を更に評価するために、少なくとも1つの追加ツーリングコンテキストモデル(図示せず)が生成され、追加製造プロセス解析が実行される。先にツーリングコンテキストモデル141に関して説明し且つ図6に示すように、追加ツーリングコンテキストモデルは生成され且つ追加製造プロセス解析は実行される。この実施例の場合、満足できるツーリングジオメトリ62(及び対応するツーリングマスターモデル134)を獲得するために、先に製造プロセス解析321に関して説明したように、ツーリングマスターモデル134が改訂され、追加製造プロセス解析が繰り返される。別の実施例においては、所定の回数だけ、ツーリングマスターモデル134は改訂され、且つ追加製造プロセス解析が繰り返されて、それらの繰り返しの中から最適のツーリングジオメトリ62が選択される。
【0060】
ツーリングマスターモデル134はパラメトリックモデルであり、同じ系列の部品全てに対してツーリングジオメトリを提供するので有益である。従って、パラメータの値を変更することにより、同じ系列の様々な部品に関するツーリングパラメータが自動的に提供される。
【0061】
ツーリングマスターモデル134の生成後、ハードツーリングの準備として(すなわち、リエンジニアリングされた部品10を製造するためのダイス、成形型などの作成)、ツーリングマスターモデル134に幾何学的寸法及び許容差(GD&T又は「幾何学的許容差」)が追加されることが望ましい。一実施例では、GD&Tは図8に示すようにCADシステム42を使用してツーリングマスターモデル134に追加される。この実施例の場合、ツーリングマスターモデル134はハードツーリング400のいくつかのCAD図面と、検査データのセットとを更に含む。検査データの例としては、作成されるハードツーリングが設計されたものであることを検証するためのハードツーリング400に関するジオメトリ検査データなどがある。次に、ツーリングマスターモデル134を使用し、実現形態に基づいて様々に変化する従来のハードツーリング製造技法を使用して、ハードツーリング400を生成する。
【0062】
ハードツーリング400を評価するために、図8に指示するように、ハードツーリング400を使用して1つ以上の試験部品410を製造し且つ検査することが有用である。試験部品410を製造するのに先立って、図8に指示するように、装備設定及びセットアップ(又は前処理作業)が実行される。図8に示す実施例によれば、本発明の方法は、ハードツーリング400を使用し且つプロセスパラメータを使用して少なくとも1つの試験部品410を製造することを更に含む。プロセスパラメータは、部品を製造するときに設定される動作条件、例えば、カッター速度、送り速度、プレス負荷などの機械パラメータ、又は温度などの一般的パラメータである。試験部品410は、例えば、デジタルX線撮影(コンピュータ断層撮影など)、光学走査(例えば、点、線又は面積を利用するスキャナなどの非接触3D測定システムを使用して実行される非接触3次元走査など)、赤外線放射測定及び座標測定機械(CMM)の使用などの検査技法のうちの1つ以上を使用して検査される。この検査から得られた測定データ420は、部品10のエンジニアリング基準に基づいて、ツーリングマスターモデル134が許容できる試験部品410を製造するか否かを判定するためにエンジニア又は自動化コンピュータプログラムにより評価される。試験部品410が許容可能であれば、ツーリングマスターモデル134とハードツーリング400を使用して部品10を製造する。しかし、試験部品410がエンジニアリング基準を満たしていない場合には、試験部品410が部品10のエンジニアリング基準を満たすまで、ツーリングマスターモデル134は1度以上改訂され、再評価される。
【0063】
リエンジニアリング方法の目的に応じて、元の部品10と同じ機能性又はそれより改善された機能性を有する部品を、ツーリングマスターモデル134を使用して製造することが望ましい。この目的のために、製造方法の一実施例を開示する。この製造方法は、先に図1に関して一般的に説明し、図3から図7に関してより特定して説明したように、編集可能ジオメトリ112からパラメトリックマスターモデル114を生成することと、パラメトリックマスターモデル114から製造コンテキストモデル136を生成することと、製造コンテキストモデル136からツーリングマスターモデル134を作成することとを含む。製造方法は、例えば、図8に示すように、ツーリングマスターモデル134を使用してハードツーリング400を生成することを更に含み、また、ハードツーリング400及びプロセスパラメータを使用して少なくとも1つの部品を製造することを含む。先に述べた通り、プロセスパラメータは、例えば、クランプ力、プレス速度及び温度を含む。
【0064】
一実施例では、編集可能ジオメトリ112は部品10を特徴づけるデータ、例えば、測定データから生成される。別の実施例においては、編集可能ジオメトリ112はレガシー部品デザインから生成される。
【0065】
特定の一実施例では、パラメトリックマスターモデル114は、先に図3及び図4に関して説明したように、KBE部品設計生成規則116及びKBE部品検査規則117を使用して生成される。この実施例の場合、パラメトリックマスターモデル114を評価するために、例えば、LME30において少なくとも1つのデザイン解析コンテキストモデル150が作成される。
【0066】
幾何学的寸法及び許容差GD&Tを追加するために、先に図7に関して説明したように、生産可能性データベース240からの生産可能性データによってパラメトリックマスターモデル114を処理する。GD&Tの追加はCADシステム40又はツーリングCADシステム42のいずれかで実行され、これらのCADシステムは同じCADシステムであっても良いし、あるいは異なるCADシステムであっても良い。この実施例の場合、製造コンテキストモデル136は先に図7に関して説明したようにして生成される。具体的には、製造コンテキストモデル136はいくつかの製造工程について生成される。
【0067】
次に、更に特定された実施例によれば、製造コンテキストモデル136にツーリング設計規則242を適用することにより、ツーリングマスターモデル134が作成される。更にツーリングマスターモデル134を評価するために、方法は、より具体的には、少なくとも1つのツーリングコンテキストモデル141を作成することを更に含む。
【0068】
図1、図3、図4及び図7を参照してシステム100の一実施例を説明する。図1に示すように、部品10をエンジニアリングするシステム100は、編集可能ジオメトリ112からパラメトリックマスターモデル114を生成するように構成された部品デザインマスターモデルモジュール110を含む。システム100は、パラメトリックマスターモデル114を受信し、パラメトリックマスターモデルから製造コンテキストモデル136を生成し、且つ製造コンテキストモデル136からツーリングマスターモデル134を作成するように構成されたツーリングマスターモデルモジュール130を更に含む。ここで使用する語句「〜するように構成された」は、当業者には理解されるであろうが、部品デザインマスターモデルモジュール110及びツーリングマスターモデルモジュール130が本発明のそれらのタスクを実行するためのハードウェアとソフトウェアの組み合わせを具備していることを意味する。例えば、部品デザインマスターモデルモジュール110及びツーリングマスターモデルモジュール130はそれぞれ対応するタスクを実行するためのソフトウェアを具備するコンピュータを含む。本発明は、本発明の処理タスクを実行するための何らかの特定のコンピュータには限定されない。「コンピュータ」という用語は、例えば、構造化入力を受け入れ、その入力を規定の規則に従って処理して、ある出力を生成することにより、本発明のタスクを実行するために必要な計算を実行することが可能であるあらゆる機械を指示する。
【0069】
図4に示すように、特定の一実施例による部品デザインマスターモデルモジュール110は、編集可能ジオメトリ112からパラメトリックマスターモデル114を生成するように構成されたCADシステム40を含み、知識ベース環境118は、パラメトリックマスターモデル114を獲得するために編集可能ジオメトリ112にKBE部品設計生成規則を適用するように構成されている。知識ベース環境118は、更に、パラメトリックマスターモデル114が機能及び製造可能性に関わる必要条件を満たすことを検証するために、パラメトリックマスターモデル114にKBE部品設計検査規則を適用するように構成されている。先に述べた通り、知識ベース環境118はCADシステム40の内部にあっても良いし、あるいは外部にあっても良い。具体的には、CADシステム40は、先に述べた測定データなどの、部品10を特徴づけるデータから編集可能ジオメトリ112を生成するように更に構成されている。
【0070】
更に特定された実施例によれば、部品デザインマスターモデルモジュール110は、少なくとも1つのデザイン解析コンテキストモデル150を作成するように構成されたリンクトモデル環境LME30と、エンジニアリング解析を実行するためのエンジニアリング解析コード121とを更に含む。例えば、図5に示すように、エンジニアリング解析121はLME30を介してリンクされる。より具体的には、部品デザインマスターモデルモジュール110は、境界条件を取り出すための動作条件データを格納するように構成された部品データ管理PDMシステム20を更に含む。より具体的には、PDM20は他の全ての製品関連データ及び改訂履歴を格納するように更に構成されている。LME30は、図5に示すように、メッシュ化デザインモデル221上に境界条件をマッピングするために、PDMシステム20をメッシュ化デザインモデル221にリンクするように構成されている。パラメトリックマスターモデル114に幾何学的許容差を追加するために、CADシステム40はパラメトリックマスターモデル114を生産可能性データによって処理するように構成されている。図7はこの処理過程がツーリングCADシステム42で実行されるものとして示しているが、幾何学的寸法及び許容差の追加はCADシステム40又はツーリングCADシステム42のいずれで実行されても良い。更に、先に説明した通り、CADシステム40とツーリングCADシステム42は同じCADシステムであっても良いし、あるいは異なるCADシステムであっても良い。
【0071】
図7に示すように、特定の一実施例によれば、ツーリングマスターモデルモジュール130は、パラメトリックマスターモデル114を受信し、幾何学的寸法及び許容差によって処理した後に、方向づけGD&Tモデル133を獲得するためにパラメトリックマスターモデル114を方向づけし、且つパラメトリックマスターモデルから製造コンテキストモデル136を生成するように構成されたツーリングCADシステム42を含む。ツーリングマスターモデルモジュール130は、製造コンテキストモデル136を獲得するために方向づけGD&Tモデル133に製造設計規則242を適用するように構成されたツーリング知識ベース環境243を更に含む。先に述べた通り、製造規則はツーリング設計規則と、パス生成規則とを含む。
【0072】
複雑な製造プロセスは2つ以上の形成工程を採用し、且つ1つ以上の機械加工工程を含むことがある。従って、ツーリングCADシステム42はいくつかの製造工程について製造コンテキストモデルを生成するように構成されていることが望ましい。この特定の実施例の場合、図7に示すように、CADシステム42は方向づけGD&Tモデル133を獲得するために製造コンテキストモデル136を方向づけするように更に構成されており、ツーリング知識ベース環境243は、製造コンテキストモデル136を生成するために方向づけGD&Tモデル133に製造設計規則242を適用するように更に構成されている。
【0073】
製造コンテキストモデル136からツーリングマスターモデル134を生成するために、ツーリング知識ベース環境243は、製造コンテキストモデル136にツーリング設計規則を適用するように更に構成されている。この実施例の場合、ツーリングCADシステム42はツーリング設計規則を使用して製造コンテキストモデル136からツーリングジオメトリ62を取り出すように更に構成されている。
【0074】
ツーリングマスターモデル134を評価するために、図6に示す実施例によれば、ツーリングマスターモデルモジュール130は、少なくとも1つのツーリングコンテキストモデル141を作成するように構成されたツーリングリンクトモデル環境(ツーリングLME)300と、製造プロセス解析を実行するための製造プロセス解析コード321とを更に含む。図6に示すように、製造プロセス解析321はツーリングLME300を介してリンクされる。具体的には、ツーリングマスターモデルモジュール130は、境界条件を取り出すための動作条件データを格納し且つプロセスパラメータを格納するように構成されたツーリング部品データ管理PDMシステム320を更に含む。具体的には、ツーリングPDM320は他の全ての製品関連データ及び改訂履歴を格納するように更に構成されている。図6に指示するように、ツーリングLME300は、メッシュ化ツーリングモデル146上に境界条件をマッピングするために、PDMシステム320をメッシュ化ツーリングモデル136にリンクするように構成されている。ツーリングLME300は、製造プロセス解析を実行するためのプロセスパラメータを供給するために、ツーリングPDMシステム320を製造プロセス解析321にリンクするように更に構成されている。
【0075】
ハードツーリング400を生成するために、ツーリングCADシステム42は、例えば、図8に示すように、ツーリングマスターモデル134に幾何学的寸法及び許容差を追加するように更に構成されている。
【0076】
更に、部品ではなくシステム又はサブシステムをリエンジニアリングするときには、システム100はシステム全体の構成及び制御の変化をトップダウン方式でレイアウトするために製品制御構造(図示せず)を更に含む。
【0077】
本発明のいくつかの特徴のみを図示し且つ説明したが、当業者には数多くの変形及び変更が明白であろう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の趣旨の範囲内に入るそのような全ての変形及び変更を含むと理解されるべきである。
【0078】
特許請求の範囲に表されている図中符号は本発明の範囲を狭めようとするのではなく、本発明の理解を容易にするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】部品をリエンジニアリングする方法の1つの実現形態を示す概略ブロック線図(例えば、フローチャート)。
【図2】部品に関して獲得された測定データからの編集可能ジオメトリの生成を示すブロック線図。
【図3】KBE部品設計生成検査規則を使用する編集可能ジオメトリからのパラメトリックマスターモデルの生成を示すハイブリッドシステム/プロセスブロック線図。
【図4】タービンブレードに関する、図3のプロセスの特定の例を示すハイブリッドシステム/プロセスブロック線図。
【図5】パラメトリックマスターモデルからの設計解析コンテキストモデルの生成、エンジニアリング解析の実行のための設計解析コンテキストモデルの作成、及びパラメトリックマスターモデルを評価するためのエンジニアリング解析の実行を示すハイブリッドシステム/プロセスブロック線図。
【図6】ツーリングマスターモデルからのツーリングコンテキストモデルの生成、製造プロセス解析の実行のためのツーリングコンテキストモデルの作成、及びツーリングマスターモデルを評価するための製造プロセス解析の実行を示すハイブリッドシステム/プロセスブロック線図。
【図7】パラメトリックマスターモデルからのツーリングマスターモデルの生成を示すハイブリッドシステム/プロセスブロック線図。
【図8】ハードツーリングの生成、試験及び評価を示すプロセスブロック線図。
【図9】タービンブレードを示す図。
【図10】4つの製造工程を経て製造される仮定上の部品に関する製造コンテキストモデルの生成を示す図。
【符号の説明】
10…部品、11…エーロフォイル、12…プラットフォーム、13…ダブテール、15…測定データ、30…リンクトモデル環境(LME)、40…コンピュータ支援設計(CAD)システム、42…ツーリングCADシステム、62…ツーリングジオメトリ、100…システム、110…部品デザインマスターモデルモジュール、112…編集可能ジオメトリ、114…パラメトリックマスターモデル、115…連想コピー、116…KBE部品設計生成規則、117…KBE部品設計検査規則、120…デザインマスターモデル、121…エンジニアリング解析、130…ツーリングマスターモデルモジュール、132…ツーリング特徴、133…方向づけGD&Tモデル、134…ツーリングマスターモデル、136…製造コンテキストモデル、141…ツーリングコンテキストモデル、142…連想コピー、146…メッシュ化ツーリングモデル、147…ツーリング解析モデル、150…デザイン解析コンテキストモデル、212…非パラメトリックCADモデル、222…デザイン解析モデル、223…エンジニアリング解析データ、242…ツーリング設計規則、300…ツーリングLME、321…製造プロセス解析、323…ツーリング解析データ、400…ハードツーリング、410…試験部品、420…測定データ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to methods and systems for reverse engineering and re-engineering existing components, such as turbine blades, and to methods for manufacturing components. In particular, the present invention employs methods and systems for reverse-engineering and re-engineering existing parts, as well as parametric master models and tooling master models, by developing parametric master models for part design and tooling master models for tooling geometry. It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Machines that are exposed to harsh operating conditions have a variety of components that need to be replaced over the life of the machine. For example, in the case of a turbine engine, turbine blades and vanes operating under extreme thermal operating conditions must be periodically repaired or replaced. Due to the long life of the machine, poor records and archives have led to the loss of drawings related to component design or tooling for many of the components currently in operation. Moreover, the development and manufacture of components has only recently entered the era of three-dimensional (3D) models and other electronic engineering systems. Therefore, with respect to the old parts, even if the drawings remain, only two-dimensional (2D) drawings can be used in connection with the part design and, in some cases, the tooling.
[0003]
Under these circumstances, when replacing a worn part, it is usually required to reverse engineer the part from available physical samples to attempt to produce an exact duplicate of the part. However, in many cases, the technology has advanced since the part was designed. Accordingly, it is often beneficial to re-engineer a part by redesign, incorporating new materials and / or improving manufacturing to improve the performance, life and / or reliability of the part. However, due to the lack of 3D part design drawings and 3D tooling drawings associated with legacy parts, such parts must be re-engineered starting with the available physical samples.
[0004]
The current reverse engineering and re-engineering processes are time consuming and laborious. For example, a complex machine such as a landing gear typically requires 18 to 24 months to make a casting, and is reverse engineered or reengineered after machining, shot peening and painting. Two to three years of cycle time is required to get the landing gear. Furthermore, current reverse engineering processes for parts with complexity require a significant amount of engineering knowledge and judgment specific to similar parts. Therefore, the engineer performing the reverse engineering must be proficient in reverse engineering the same type of part. This condition results in a shortage of engineers with experience specific to such homogeneous parts, resulting in longer cycle times and lower throughput.
[0005]
The current reverse engineering and re-engineering processes (herein the two collectively referred to as "re-engineering") do not include appropriate measures that can facilitate the engineering process as a whole. Tools marketed as reverse engineering tools typically apply local geometry reconstruction to some classes of parts. However, commercially available tools are typically only applicable to less than about 5% of the reverse engineering cycle. As a result, the traditional re-engineering process remains focused on experienced engineers. In addition, design rules that may prove to be crucial in the function of the part are readily available, as they only rely on experienced engineers when applying part and tooling design rules. Will be overlooked.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, it would be desirable to develop methods and systems for obtaining equivalent or better parts and functions when only physical part design information or incomplete design information is available. . Further, a method and system for applying knowledge gained through experience in part design and tooling design would be desirable to reduce the burden of experienced engineers on reverse engineering and re-engineering complex parts. In addition, a method and system for integrating information across design systems and databases would be desirable to ensure the consistency of application models used to develop and evaluate part design and tooling geometries. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Briefly, according to one embodiment of the present invention, a method for re-engineering a part includes generating a parametric master model of the part from editable geometry for the part and generating a manufacturing context model from the design master model. Including. The design master model includes a parametric master model, and the manufacturing context model includes a plurality of tooling features. The method further includes creating a tooling master model from the manufacturing context model. The tooling master model contains the tooling geometry for the part.
[0008]
According to another embodiment of the invention, a system for re-engineering a part includes a part design master model module configured to generate a parametric master model from the editable geometry. The system further includes a tooling master model module configured to receive the parametric master model, generate a manufacturing context model from the parametric master model, and create a tooling master model from the manufacturing context model.
[0009]
The above features, aspects, and advantages of the present invention, as well as other features, aspects, and advantages, will be better understood by reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same parts.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An outline of an embodiment of the method of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. A method of
[0011]
“Editable” means that the unique form of the
[0012]
The method further includes generating a
[0013]
[0014]
As shown in FIG. 1, the
[0015]
The
[0016]
To re-engineer
[0017]
Before measuring the
[0018]
Digital radiography and optical scanning are useful techniques for measuring
[0019]
Since the
[0020]
According to a more specific embodiment, the
[0021]
Segmentation and geometric feature extraction are well known processes and can be performed using commercially available software. For example, EDS Corp. The partitioning can be performed using commercially available software, such as Surfer ™ supplied by Sigma. In the case of a
[0022]
According to a more specific embodiment, the partitioning comprises performing a function space decomposition. That is, the function division of the 3D Euclidean space around one data point and the assignment of one bit code to it facilitates decision making on adjacency and connectivity issues. Measuring
[0023]
For example, it is possible to change the editable geometry using CAD software, but the editing is performed in pieces. For example, to obtain a flexible representation of the
[0024]
According to a more specific embodiment,
[0025]
The KBE part
[0026]
A set of KBE part design inspection rules 117 are applied to the
[0027]
FIG. 4 shows an example of application of the KBE component
[0028]
As in the case of designing a new component, it is useful to execute one or more engineering analyzes (also indicated by
[0029]
As shown in FIG. 5, the design analysis context model 150 includes an associative copy 115 retrieved from the
[0030]
In order to perform an engineering analysis, the context model 150 must be compatible with the
[0031]
To simplify the meshing for
[0032]
As used herein, the term “chunking” refers to subdividing the feature
[0033]
Perform surface and boundary extraction on chunked
[0034]
More specifically, as shown in FIG. 5, orientation, feature removal, chunking, face and boundary extraction, and tagging are performed inside the
[0035]
The method of the present invention according to one particular embodiment further includes preparing the design analysis context model 150 to perform an engineering analysis as follows. As shown in FIG. 5, a design analysis context model 150 is meshed using analysis code guidelines to obtain a
[0036]
As background, scripts can be run by an operating system (eg, HP-UX or Windows 2000) to automate the sequence of events that will be executed repeatedly, or by specific programs (Unigraphics, ANSYS, etc.). Is a collection of commands as an ASCII (or text) file interpreted by. For example, an example ANSYS script opens a meshed model from ICEM (the name given by the user can be set for each run of the script) and creates a specific tagged region of the meshed model (generated by KBE rules). (Provided in an ASCII file), apply boundary conditions, perform analysis, and return a predetermined set of results in a particular format to an output file.
[0037]
As shown in FIG. 5, some boundary conditions are mapped onto the
[0038]
The method of the present invention according to a more specific embodiment further includes performing an engineering analysis on the
[0039]
[0040]
After updating the parametric master model 114 (and, by association, the design analysis context model 150), it is useful to repeat the
[0041]
In one embodiment, the
[0042]
According to a more specific embodiment, at least one additional context model (not shown) is generated and additional engineering analysis is performed to further evaluate the performance of the design. For example, after the thermal analysis has been successfully completed, a stress analysis is performed. Additional context models are generated and additional engineering analysis is performed as described above with respect to the context model 150 and shown in FIG. In this embodiment, to obtain a satisfactory design (and corresponding parametric master model 114),
[0043]
As mentioned above, the
[0044]
After the
[0045]
After the
[0046]
Several
[0047]
If only one manufacturing step is used, such as a simple part (e.g., an injection molded plastic screw), the
[0048]
In addition to forming steps such as forging, the manufacture of the
[0049]
As noted above, the
[0050]
In addition to the
[0051]
To evaluate the
[0052]
An example of creation of the tooling context model 141 is shown in FIG. This is similar to the creation of the design analysis context model 150 described above. As shown in FIG. 6, the tooling context model 141 is created in a tooling linked model environment (tooling LME) 300. Since the tooling context model 141 is created using the LME methodology, when a change to the
[0053]
According to one particular embodiment, the method further includes preparing the tooling context model 141 to perform a manufacturing process analysis as follows. To obtain the meshing
[0054]
After the
[0055]
According to one particular embodiment,
[0056]
More specifically, if the
[0057]
After updating the tooling master model 134 (and the tooling context model 141 by association), it is useful to repeat the
[0058]
In one embodiment,
[0059]
According to a more specific embodiment, at least one additional tooling context model (not shown) is generated and an additional manufacturing process analysis is performed to further evaluate the performance of
[0060]
[0061]
After creation of the
[0062]
To evaluate the
[0063]
Depending on the purpose of the re-engineering method, it is desirable to produce a part having the same functionality or improved functionality as the
[0064]
In one embodiment,
[0065]
In one particular embodiment,
[0066]
To add geometric dimensions and tolerances GD & T, the
[0067]
Next, according to a more specific embodiment, a
[0068]
One embodiment of the
[0069]
As shown in FIG. 4, a part design
[0070]
According to a more specific embodiment, the part design
[0071]
As shown in FIG. 7, according to one particular embodiment, the tooling
[0072]
Complex manufacturing processes employ two or more forming steps and may include one or more machining steps. Accordingly,
[0073]
To generate the
[0074]
To evaluate the
[0075]
To generate the
[0076]
In addition, when re-engineering a system or subsystem rather than a component, the
[0077]
While only certain features of the invention have been illustrated and described, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. It is, therefore, to be understood that the appended claims will cover all such modifications and changes that fall within the true spirit of the invention.
[0078]
The reference numerals in the claims are not intended to narrow the scope of the present invention but to facilitate understanding of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram (eg, a flowchart) illustrating one implementation of a method for re-engineering a part.
FIG. 2 is a block diagram illustrating generation of editable geometry from measurement data acquired for a part.
FIG. 3 is a hybrid system / process block diagram illustrating the generation of a parametric master model from editable geometry using KBE part design generation inspection rules.
FIG. 4 is a hybrid system / process block diagram illustrating a particular example of the process of FIG. 3 for a turbine blade.
FIG. 5 is a hybrid system / process block showing generation of a design analysis context model from a parametric master model, creation of a design analysis context model for performing an engineering analysis, and execution of an engineering analysis for evaluating the parametric master model. Diagram.
FIG. 6 is a hybrid system / process block showing generation of a tooling context model from a tooling master model, creation of a tooling context model to perform a manufacturing process analysis, and execution of a manufacturing process analysis to evaluate the tooling master model. Diagram.
FIG. 7 is a hybrid system / process block diagram illustrating generation of a tooling master model from a parametric master model.
FIG. 8 is a process block diagram illustrating the generation, testing, and evaluation of hard tooling.
FIG. 9 shows a turbine blade.
FIG. 10 is a diagram showing generation of a manufacturing context model for a hypothetical part manufactured through four manufacturing steps.
[Explanation of symbols]
10 parts, 11 airfoil, 12 platform, 13 dovetail, 15 measurement data, 30 linked model environment (LME), 40 computer-aided design (CAD) system, 42 tooling CAD system, 62 Tooling geometry, 100: System, 110: Part design master model module, 112: Editable geometry, 114: Parametric master model, 115: Associative copy, 116: KBE part design generation rule, 117: KBE part design inspection rule, 120 Design master model, 121 ... Engineering analysis, 130 ... Tooling master model module, 132 ... Tooling feature, 133 ... Direction GD & T model, 134 ... Tooling master model, 136 ... Manufacturing context 141, tooling context model, 142, associative copy, 146, meshing tooling model, 147, tooling analysis model, 150, design analysis context model, 212, non-parametric CAD model, 222, design analysis model, 223, engineering analysis Data, 242: Tooling design rules, 300: Tooling LME, 321: Manufacturing process analysis, 323: Tooling analysis data, 400: Hard tooling, 410: Test parts, 420: Measurement data
Claims (23)
部品(10)に関する編集可能ジオメトリ(112)から部品(10)のパラメトリックマスターモデル(114)を生成することと、
パラメトリックマスターモデル(114)を含むデザインマスターモデル(120)から、複数のツーリング特徴(132)を含む製造コンテキストモデル(136)を生成することと、
製造コンテキストモデル(136)から、部品(10)に関するツーリングジオメトリ(62)を含むツーリングマスターモデル(134)を作成することとから成る方法。In the method of re-engineering the part (10),
Generating a parametric master model (114) of the part (10) from the editable geometry (112) for the part (10);
Generating a manufacturing context model (136) including a plurality of tooling features (132) from a design master model (120) including a parametric master model (114);
Creating a tooling master model (134) including a tooling geometry (62) for the part (10) from the manufacturing context model (136).
前記データから部品に関する編集可能ジオメトリ(112)を生成することとを更に含む請求項1記載の方法。Obtaining data characterizing the part (10);
Generating the editable geometry (112) for the part from the data.
幾何学的データから部品(10)の非パラメトリックコンピュータ支援設計(CAD)モデル(212)を生成することと、
編集可能ジオメトリ(112)を獲得するために、逆CADモデリングを実行することにより非パラメトリックCADモデル(212)を再構成することとを含む請求項5記載の方法。Generation of editable geometry (112) for the part (10)
Generating a non-parametric computer aided design (CAD) model (212) of the part (10) from the geometric data;
The method of claim 5, comprising reconstructing the non-parametric CAD model (212) by performing inverse CAD modeling to obtain the editable geometry (112).
データのサブセットを獲得するためにデータを縮小することと、
各々が部品(10)の1つの特徴(11)、(12)、(13)に対応しているデータの複数の特徴サブセットを獲得するために、サブセットを分割することと、
特徴サブセットから、部品(10)の特徴(11)、(12)、(13)を特徴づける複数の曲線及び面を獲得するために、幾何学的特徴抽出を実行することと、
非パラメトリックCADモデル(212)を獲得するために、曲線及び面をコンピュータ支援設計(CAD)ジオメトリにインポートすることとを含む請求項7記載の方法。Generation of the non-parametric CAD model (212) of the part (10)
Shrinking the data to obtain a subset of the data;
Splitting the subsets to obtain a plurality of feature subsets of data, each corresponding to one feature (11), (12), (13) of the part (10);
Performing geometric feature extraction from the feature subset to obtain a plurality of curves and surfaces characterizing features (11), (12), (13) of the part (10);
The method of claim 7 including importing curves and surfaces into computer aided design (CAD) geometry to obtain a non-parametric CAD model (212).
パラメトリックマスターモデル(114)を獲得するために、複数の知識ベースエンジニアリング(KBE)部品設計生成規則を編集可能ジオメトリ(112)に適用することと、
パラメトリックマスターモデル(114)が複数の機能及び製造可能性に関する必要条件を満たすことを保証するために、複数のKBE部品設計検査規則をパラメトリックマスターモデルに適用することとを含む請求項10記載の方法。The extraction of the critical parameters includes:
Applying a plurality of knowledge-based engineering (KBE) part design generation rules to the editable geometry (112) to obtain a parametric master model (114);
11. The method of claim 10, comprising applying a plurality of KBE part design inspection rules to the parametric master model to ensure that the parametric master model (114) meets a plurality of functional and manufacturability requirements. .
メッシュ化デザインモデル(221)を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してデザイン解析コンテキストモデル(150)をメッシュ化することと、
デザイン解析モデル(222)を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してメッシュ化デザインモデル(221)上に複数の境界条件をマッピングすることとを含み、
方法は、
複数のエンジニアリング解析データ(223)を獲得するために、デザイン解析モデル(222)及び複数の収束基準を使用してエンジニアリング解析コードを実行することにより、デザイン解析モデル(222)に対してエンジニアリング解析を実行することと、
エンジニアリング解析モデル(223)を評価することとを更に含み、
エンジニアリンク解析データが不満足である場合、方法は、
複数の再設計目標を使用してパラメトリックマスターモデル(114)を修正することと、
パラメトリックマスターモデル(114)を修正した後、前記エンジニアリング解析(121)の実行を繰り返すこととを更に含む請求項12記載の方法。Further comprising preparing a design analysis context model (150) to perform the analysis, said preparation comprising:
Meshing the design analysis context model (150) using the analysis code guidelines to obtain a meshed design model (221);
Mapping a plurality of boundary conditions on the meshed design model (221) using the analysis code guidelines to obtain a design analysis model (222);
The method is
An engineering analysis is performed on the design analysis model (222) by executing the engineering analysis code using the design analysis model (222) and the plurality of convergence criteria to obtain a plurality of engineering analysis data (223). To do,
Evaluating the engineering analysis model (223);
If the engineer link analysis data is unsatisfactory, the method is:
Modifying the parametric master model (114) using multiple redesign goals;
13. The method of claim 12, further comprising, after modifying the parametric master model (114), repeating the execution of the engineering analysis (121).
方向づけGD&Tモデル(133)を獲得するために、幾何学的寸法及び許容差を使用してパラメトリックマスターモデル(114)を方向づけすることと、
製造コンテキストモデル(136)を獲得するために、方向づけGD&Tモデル(133)に複数の製造設計規則(242)を適用することとを含む請求項15記載の方法。Generation of the manufacturing context model (136) includes:
Orienting the parametric master model (114) using geometric dimensions and tolerances to obtain an orientation GD & T model (133);
The method of claim 15, comprising applying a plurality of manufacturing design rules (242) to the oriented GD & T model (133) to obtain a manufacturing context model (136).
方向づけGD&Tモデル(133)を獲得するために、製造コンテキストモデル(136)を方向づけすることと、
少なくとも1つの追加製造工程を含む製造コンテキストモデル(136)を生成するために、方向づけGD&Tモデル(133)に製造設計規則(242)を適用することとを更に含み、前記方向づけ及び適用は追加製造工程の各々に対して実行される請求項16記載の方法。Generation of the manufacturing context model (136) includes:
Orienting the manufacturing context model (136) to obtain an orientation GD & T model (133);
Applying a manufacturing design rule (242) to the orienting GD & T model (133) to generate a manufacturing context model (136) including at least one additional manufacturing step, wherein the orienting and applying the additional manufacturing step 17. The method of claim 16 performed for each of the following.
メッシュ化ツーリングモデル(146)を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してツーリングコンテキストモデル(141)をメッシュ化することと、
ツーリング解析モデル(147)を獲得するために、解析コードガイドラインを使用してメッシュ化ツーリングモデル(146)上に複数の境界条件をマッピングすることとを含み、
前記方法は、複数のツーリング解析データ(323)を獲得するために、ツーリング解析モデル(147)に対して製造プロセス解析(321)を実行することを更に含み、前記実行は、
ツーリング解析モデル(147)、複数の収束基準及び複数のプロセスパラメータを使用して製造プロセス解析コードを実行することと、
ツーリング解析データ(323)を評価することとを含み、
ツーリング解析データが不満足であれば、
複数の製造目標ツーリング設計トレードオフを使用してツーリングマスターモデル(134)を修正することと、
ツーリングマスターモデル(134)を修正した後、前記製造プロセス解析(321)の実行を繰り返すこととを更に含む請求項19記載の方法。Further comprising preparing a tooling context model (141) for performing a manufacturing process analysis (321), said preparation comprising:
Meshing the tooling context model (141) using the analysis code guidelines to obtain a meshed tooling model (146);
Mapping a plurality of boundary conditions onto the meshed tooling model (146) using the analysis code guidelines to obtain a tooling analysis model (147);
The method further includes performing a manufacturing process analysis (321) on the tooling analysis model (147) to obtain a plurality of tooling analysis data (323), the execution comprising:
Executing the manufacturing process analysis code using the tooling analysis model (147), the plurality of convergence criteria and the plurality of process parameters;
Evaluating the tooling analysis data (323);
If the tooling analysis data is not satisfactory,
Modifying the tooling master model (134) using multiple manufacturing goal tooling design tradeoffs;
20. The method of claim 19, further comprising, after modifying the tooling master model (134), repeating the execution of the manufacturing process analysis (321).
幾何学的寸法及び許容差を伴うツーリングマスターモデル(134)を使用してハードツーリング(400)を生成することと、
ハードツーリング(400)を使用し且つプロセスパラメータを使用して少なくとも1つの試験部品(410)を製造することと、
複数の測定データ(420)を獲得するために試験部品(410)を検査することと、
試験部品(410)が部品(10)に関する複数のエンジニアリング基準を満たすか否かを判定するために、測定データ(420)を評価することとを更に含む請求項22記載の方法。The tooling master model (134) further includes a plurality of process parameters, the method comprising:
Generating a hard tooling (400) using the tooling master model (134) with geometric dimensions and tolerances;
Manufacturing at least one test part (410) using hard tooling (400) and using process parameters;
Inspecting the test part (410) to obtain a plurality of measurement data (420);
23. The method of claim 22, further comprising: evaluating the measurement data (420) to determine whether the test part (410) meets a plurality of engineering criteria for the part (10).
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