最適設計支援ツール「OPTIMUS」とCATIA V5最適化モジュール「PLM Optimization」

(1)

サイバネットシステム株式会社

新事業統括部

PIDO室

最適設計支援ツール「OPTIMUS」と

(2)

アジェンダ

• 最適設計支援ツールとは

• OPTIMUSとは

• 電気回路事例紹介

(3)

最適設計支援ツール（PIDO）とは?

Process Integration

&

Design Optimization

自動化

Process Automation

最適化

Design Optimization

統合化

Process Integration

ロバスト・信頼性

Design for Six Sigma

既存設計プロセス

(CAD/CAE)の繰り

返し計算を自動実行

異なる領域のツールを統合

複合領域の最適条件を満たす

設計空間の分析

最適解の探索

現実に起こりうる不確定要因

を考慮した最適化

実験計画法、応答曲面法、

各種最適化アルゴリズム、

ロバスト・信頼性手法、

パラレル処理

•直感的なGUIによる容

易な自動化の設定

•各種ダイレクトインタフ

ェースを搭載

•複合領域、複数パーツに対す

る階層化最適化アプローチ

•並列処理による計算時間の

大幅な削減を実現

•計算効率と精度に優れたモンテ

カルロ法以外の手法による現実

的な計算回数での設計を実現

•品質工学（タグチメソッド）

•様々な問題に対応するため

の豊富なアルゴリズム

•設計空間の分析により柔軟

なアプローチを提供

(4)

自動化のメリット

CPUの有効活用ができ、設計者は今まで解析に費やしていた時間を

本来の開発・設計改良のための時間に割り当てることができる

常にユーザはコンピュ

ターと向かい合わせに

なり、解析作業を強い

られる

夜間や休日でも設定したJOBを

自動的に

流すことが可能

人の介在がなく、入力ミスも存在しない

決まった数のシミュレーションを実施

多くのサンプリングにて傾向を把握する．．．

最適設計支援ツールを用いた設計プロセス

通常の設計プロセス

一度解析の流れ（シーケンス）をOPTIMUSで設定すると．．．

(5)

統合化のメリット

• 異なる領域の制約・条件を満たすような現実レベルの解析（最適

化）がOPTIMUS上で設定可能

衝突

CAD

MS

Excel

MS

Excel

機構

構造解析

光学

流体

電気

音響

耐久

疲労

耐久

疲労

複合領域最適化

MDO（Multi-Disciplinary optimization）

の実現

例：ハードディスクヘッドの高速位置決め

例：超高層ビルの制振制御

(6)

自動化・統合化できるソフトウェア（例）

• FEM

–

ANSYS

–

ANSYS Workbench

–

MSC/NASTRAN

–

MSC/MARC

• 機構解析

–

MSC/ADAMS

–

RecurDyn

–

Virtual.lab Motion (DADS)

• 衝突解析

–

LS-DYNA

–

PAM-CRASH

–

MADYMO

–

DEFORM

• 樹脂流動

–

Moldflow

–

3D TIMON

• CFD

–

STAR-CD

–

Fluent

–

ANSYS CFX

–

Flow 3D

–

Icepak

• メッシャー/CAD/モーフィング

–

SolidWorks

–

ICEM/CFD

–

PATRAN

–

CATIA V4

–

I-deas

–

Pro/E

–

OneSpace Designer Modeling

–

ANSYS ParaMesh

–

Mopher

• 磁場解析

–

JMAG

–

Flux 2D/3D

• 光学

–

CODEV

–

LightTools

–

Tracepro

• その他

–

PSpice

–

LTSpice, HSpice

–

Virtual.lab Acoustics

(SYSNOISE)

–

CarSim/TrackSim

–

Excel

–

内製コード

–

etc…

バイナリ形式のアプリケーションにも接続環境を提供

入出力ファイルがText形式・バッチ実行であれば接続可能

(7)

ダイレクト・インタフェース

・CATIA V5

･MATLAB/Simulink

・ABAQUS

･Ricardo WAVE

・SAMCEF

･AMESim

・MS-EXCEL

・Virtual.Lab

・LS-Dyna

・SFE-Concept

メリット

・バイナリファイルを直接読込む

・設計変数、目的関数、制約を自動的に

リストアップ

・自動化、最適化シーケンスを自動生成

→

非生産的作業を削減し、時間および環境を

有効活用

例：CATIA V5ダイレクト・インタフェース

・

CATPart、CATproduct、CATanalysisのファイルを直接指定して、最適化シーケンスの作成が可能

Step1 ファイルの選択

Step2 変数の選択

設計変数・目的関数・制約値が

自動リストアップ

Step3 シーケンスが自動作

成

ダイレクト・インタフェースで高速設定

より高速に自動化・統合化・最適化の設定ができます

(8)

当社の提案する最適設計支援ソフトウェア

• PLM Optimization

– CATIAユーザ向け

– CATIA環境下での最適化

• AFC、FFC、Virtual.Lab

など

• OPTIMUS

– 汎用型PIDO

– 各種CAEソフトウエアとリンク

– ダイレクト・インタフェース

• CATIA V5、MATLABなど

最適化ベンダーで唯一、

ダッソーシステムズゴールドパートナー

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各種操作用アイコンボタン

最適化プロセスの履歴

シミュレーションの流れをアイコンにて定義し、直感的な操作が可能

操作はわずか2～3時間程度のトレーニングで習得可能(

社内教育コストを削減

)

シーケンスの記述

入力ファイル

出力ファイル

ソルバ

設計変数

目的関数

簡単な操作で設定が可能（GUI）

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データマイニング（豊富なポスト処理機能）

設計改良（変更）の意思決定をしたい場合

なぜ最適な設計であるか理論付けしたい場合

実験計画法や応答曲面法から得られる

様々なポスト処理にて、設計変数や応答

の傾向を把握することが可能

インタラクティブに全ての変数の影響を

瞬時に評価

することができる

(11)

電気回路合わせ込み事例

• PSpiceネットリスト（回路図ファイル）内のキャパシタ、抵抗値を入力値とし、

PSpice.exeにて解析を実行し、計算結果波形から各評価パラメータ値を算出

するプログラムを実行。

– ベクトル値、スカラー値のいずれかでも評価可能

入力パラメータ：キャパシタｘ2、抵抗

入力値をネットリスト内に書き込み

PSpiceと評価値算出プログラム実行

PSpice出力ファイルからベクタ

値の読み込み

算出された評価値の読み込み

(12)

電気回路合わせ込み事例

• 最適化パラメータ：C1、C2、R1

• 最適化ゴール：バンド幅最大

• 制約条件：中心周波数 998 - 1002 [Hz]

最適解：

C1: 0.0206μF

C2: 0.0045μF

R: 104.90KΩ

約１５０％の改善

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デバイス評価の自動化

パラメータMファイルへ

デッドタイムとデバイス

モデルを書き込み

PSpiceネットリスト内の

IGBTモデル名を自動

書き換え

結果をベクトル値

として取り込み

SWdevicetest.mの実行

ディスクリート値：

IGBT SPICEモデ

ル名

IGBTインバータ回路

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IPMモータの最適化

• モデルは電気学会（技術報告第855

号）にて検証済みの公開モデルを使用。

4極1層型、24スロットのIPMモータ

• 右図のように磁石寸法をパラメータとし、

重量とトルクリップルの最小化を目標と

する。

• 最適化手順

–

実験計画法により設計空間の挙動

把握

–

応答曲面を利用して最適化実施

–

ANSYSによる結果の確認

w

P

h

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IPMモータの最適化

• 製作精度等から予測される妥当

な設計空間を設定し、中心複合計

画法により15個の計算ポイントを

用意

– 磁石位置： 13～16(mm)

– 磁石幅

： 15～23(mm)

– 磁石高さ： 1.5～2.5(mm)

• 決定係数は、ほぼ全て99％を

保っているため、応答曲面の精度

は高い

• 出力電圧は磁石位置よりも磁石

自体の寸法に大きく影響をうける

• 駆動時のトルクとコギングトルクは

それぞれ同じ挙動を示す。磁石高

さ以外の変数にどちらかといえば

影響が高い

設計変数

ANSYS実行

出力変数の

抽出

出力ファイル

コギングトルク応答曲面

重量の応答曲面

(16)

IPMモータの最適化

• 応答曲面の精度が良いので、この

曲面上にコギングトルクｖｓ磁石重量

の散布図より、各々の最小となるポ

イントが推測可能

• これをもとに制約として出力電圧

（165V以下）を定義し、実行

• 初期形状から比較するとコギングト

ルク35％、磁石重量38％最小化

最適値近傍

初期形状

最適化形状

コギング

3.748e-4[N・m]

重量

3.6e-5[Kg]

コギング

2.442e-4[N・m]

重量

2.249e-5[Kg]

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各種セミナーのご案内

近日開催予定のセミナー

・

「CAEを用いた品質工学による設計プロセス効率化セミナー」

東京（7月18日）で開催

基調講演

群馬大学大学院久米原宏之教授

ユーザ事例

アルプス電気株式会社様

アルパイン株式会社様

群馬県立群馬産業技術センター様

サンデン株式会社様

・

「はじめての最適化セミナー」

東京（7月14日）、名古屋（

満席

）

大阪（7月4日）、福岡（7月8日）で開催

上記セミナーはすべて

無料

でご参加いただけます。

お申し込み、セミナー詳細は

http://www.cybernet.co.jp/optimus/

でご覧ください！

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www.cybernet.co.jp/optimus

汎用最適設計支援ツール「OPTIMUS」

CATIA V5最適化モジュール「PLM Optimization」

公差マネジメント・ソフトウェア「CETOL6σ」

お問合せ先

サイバネットシステム株式会社新事業統括部 PIDO室

TEL:03-5297-3299

optimus@cybernet.co.jp

当社だからこそできる最適化ソリューションをご提供いたします

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