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1 ver. 08/4/7 第 回 (08/04/0) Xming の起動方法に改訂 (p.50 付近 ) があります (08/4/7) 航空宇宙機設計製図 ( 前半 ) 08 年度 九州大学工学部機械航空工学科航空宇宙工学コース 年前期火曜 4 5 限 谷泰寛

2 本日の内容 前半 講義の概要 CADについて 準備 計算機の利用方法 図形処理のためのプログラミングの基礎 課題

3 本講義の目的 航空宇宙機の設計で使用されるCAD(Computer Aided Design : コンピュータ支援設計 ) システムに関して 製図に関する 次元空間の理解とその処理方法 コンピュータグラフィックスの基礎 Fortranによるプログラム作成を習得することを目的とする

4 過去の作品 H 年度山岸君の作品 (Boeing ) 4

5 過去の作品 H4 年度秋山君の作品 (Boeing ) 5

6 過去の作品 H 年度甲斐君の作品 (Boeing ) 6

7 過去の作品 H0 年度古志悟君の作品 (B767-00ER) 7

8 過去の作品 H 年度野本君の作品 (YS-) 8

9 過去の作品 H 年度古本君の作品 (Me6) 9

10 過去の作品 H5 年度依田君の作品 (F-5) 0

11 過去の作品 H 年度原田明徳君の作品 (F-CK-)

12 過去の作品 H0 年度井本鷹重君の作品 (F-4A)

13 過去の作品 H 年度高原君の作品 ( 零戦 )

14 過去の作品 H5 年度内田君の作品 (Bonanza A6) H5 年度高原君の作品 (AC-0) 4

15 過去の作品 H7 年度辻君の作品 (C-7) H7 年度山崎智裕君の作品 (C-7) 5

16 過去の作品 H 年度廣瀬高明君の作品 ( 彩雲 ) H 年度富松俊貴廣君の作品 (B777-00) H7 年度長澤君の作品 (SE0 Caravelle) 6

17 過去の作品 H 年度吉竹恒君の作品 (AGUSTA A09) 7

18 過去の作品 H0 年度田川真君の作品 (SpaceShip One) H 年度平田吉秀君の作品 (Space shuttle Orbiter) 8

19 本講義 ( 前半 ) の進め方 講義 自習 ( プログラム作成 グラフィックス作成 レポート提出 ) プレゼンテーション + レポート提出 全てのレポート提出とプレゼンが必須 セミナー室 は 毎週火曜日 ~5 限目の間は確保 9

20 講義計画 各回 講義 + 自習 + 課題提出 を基本パターンとする 4/0 行列計算 課題 4/7 図形描画 D 座標変換 課題 4/4 D 座標変換 課題 5/08 航空宇宙機の作図法 課題 4 5/5 航空宇宙機の作図法 5/ 航空宇宙機作図の表示法 5/9 プレゼンテーション [ 6/5 後半 ( 宇田先生の担当 ) ] 0

21 講義資料の配付 資料は Moodle 上にて配布 ( 講義時のスライド プログラム類 ) " 九州大学 eラーニングシステムmoodle" のページから ( 九大のサイトで "Moodle" で検索 ) ログイン 科目名を選択 基本的にペーパーレス化 ( 初回のみ 枚配布 ) 課題もMoodle 上で提出 ( またはメールで提出 ) と思っているのだが

22 講義資料の配付 Moodle がうまく使えない場合の予備として 以下を用意 航空宇宙工学部門のサイトからは 研究室紹介 宇宙輸送システム工学研究室 講義資料 谷担当講義 こちらへ 航空宇宙機設計製図 ( パスワードが必要 )

23 CAD について

24 設計 製造におけるコンピュータ利用 航空機製造業務の流れ 製造指示書 研究開発 図面 部品表 設計 解析 生産計画工程計画 資材計画資材調達 部品製作 組 立 検 査 飛行試験 図面 部品表のデジタル化 各種工学解析 ( 構造解析 熱 流体解析など ) 生産管理業務の合理化 効率化 NC 機械 検査システムのためのデータ自動作成 コンピュータ利用により 品質向上 期間短縮 納 品 失敗による後戻り防止 などが可能となる 4

25 CAD の例 MicroCADAM 5

26 CAD の例 MicroCADAM 6

27 次元 CAD の例 AutoCAD 7

28 次元 CAD 航空宇宙分野での代表例として CATIA フランスのDassault Systems 社 ( が開発 航空宇宙分野で標準 他分野でも幅広く使用 製品開発の全工程を支援 コンカレント エンジニアリング その他の 次元 CAD ; Pro/Engineer, NX, AutoCAD など 8

29 CATIA の使用例 9

30 CATIA の使用例 0

31 用語 CAD : Computer Aided Design 製品の形状 その他の属性データからなるモデルをコンピュータ内部に作成し 解析 処理することによって進める設計 CAE : Computer Aided Engineering CAD の過程でコンピュータ内部に作成されたモデルを利用して各種シミュレーション 技術解析など工学的な検討を行うこと MSC/NASTRAN ANSYS PATRAN Fluent STAR-CD など CAM : Computer Aided Manufacturing コンピュータ内部に表現されたモデルに基づいて生産に必要な各種情報を生成 それに基づいて進める生産の方式のこと NC 工作機械用プログラムの出力など CAT : Computer Aided Testing コンピュータによって製品又はその一部分を試験したり検査したりすること CNC(Computer Numerical Control) 化された 次元測定機など

32 本講義における計算機の利用

33 本講義における使用計算機 計算機の利用方法 情報講義室 自分のパソコン ホスト計算機 Fujitsu Primergy RX00 S7 OS : Redhat Enterprise Linu Version 6.4 ホスト計算機へは 学内 LAN を経由して各自のパソコンから接続する ( 同様に 自宅等の PC からも接続可能 ) 計算はホスト計算機上で実行 ( 各自のパソコンは端末として利用 )

34 Operating System(OS) について Operating System ワークステーション (WS) Uni, Linu など パーソナルコンピュータ (PC) Windows, Mac OS X, Linu など その他 OS/60, TRON など 本講義で使用する計算機の OS ホスト計算機 Red Hat Enterprise Linu 各自のパソコン Windows, Mac OS X, Linu 4

35 教育情報システムのハードウエア 計算機の種類 機 種 主な仕様 各自のパソコン Windows Mac など ホスト 計算機 アプリケーション用サーバ FUJITSU PRIMERGY RX00 S7 CPU Intel Xeon E5-690(.9GHz) メモリ GB ネットワーク 0BASE-T/00BASE-TX/000BASE-T ファイルサーバ FUJITSU ETERNUS NR000 F0 メモリ GB HDD.77 TB( 実効 ) ネットワーク 0BASE-T/00BASE-TX/000BASE-T 詳細は 九州大学情報統括本部のサイトを参照のこと 5

36 PC からネットワークへの接続 (Mac) ターミナルソフト Terminal network ホスト計算機 アプリケーションサーバ ah.s.kyushu-u.ac.jp 通信 Mac X Window System XQuartz X 通信 Fujitsu Primergy RX00 S7 6

37 通信ソフトウエア起動方法 (Mac) Finder から起動 7

38 ホスト計算機への接続法 (Mac) 文字端末としての利用 アプリケーション ユーティリティ ターミナル を起動 ssh -l loginid ah.s.kyushu-u.ac.jp パスワードの入力 X 端末としての利用 ( 日本語が使えないので 文字化けする ) アプリケーション ユーティリティ XQuartz を起動 term (X) が開く ssh -X -l loginid ah.s.kyushu-u.ac.jp パスワードの入力 X 端末としての利用 ( 日本語が見えるので使いやすい ) アプリケーション ユーティリティ ターミナル を起動 ssh -Y -l loginid ah.s.kyushu-u.ac.jp パスワードの入力 日本語表示が可能 8

39 PC からネットワークへの接続 (Windows) ターミナルソフト Tera Term network ホスト計算機 アプリケーションサーバ ah.s.kyushu-u.ac.jp Windows PC X Window System Xming 通信 通信 Fujitsu Primergy RX00 S7 9

40 ホスト計算機への接続法 (Windows)- 文字端末としての利用 TeraTerm を起動 ホスト : ah.s.kyushu-u.ac.jp 40

41 ホスト計算機への接続法 (Windows)- X 端末としての利用 Xming を使用 Windows は 標準では Xwindow 環境を有しない そのため まず Xming をインストールする 4

42 Xming のインストール (Windows)- Xming をダウンロード ページ中段の Public Domain Releases の中から Xming-mesa, Xmingfonts をダウンロード Xming をインストール ダウンロードした Xming-mesa setup.ee をダブルクリックしてウィザードに従ってインストール ほぼ 次へ ボタンを押していくだけ 4

43 Xming のインストール (Windows)- 4

44 Xming のインストール (Windows)- Launch Xming のチェックを外す 44

45 Xming のインストール (Windows)-4 Xming-font をインストール ダウンロードした Xming-fonts setup.ee をダブルクリックしてウィザードに従ってインストール 全項目にチェックを付ける 45

46 Xming のインストール (Windows)-5 46

47 Xming の起動 (Windows)- XLaunch を起動 - Start a program を選択 47

48 Xming の起動 (Windows)- XLaunch を起動 - term Using PuTTY を選択 ah.s.kyushu-u.ac.jp 自分のログイン ID 48

49 Xming の起動 (Windows)- XLaunch を起動 - 自分のパスワード 完了を押しても その先に進まない場合は パソコンを再起動して XLaunch を再度実行する それでもだめなら いったんアンインストールして 再度インストール このウインドウが表示されない場合は パソコンを再起動してみる 49

50 Xming の起動 (Windows)- Xming を起動 注 : Xming を起動してもディスプレイには何も表示されないが タスクマネージャで見ると 起動していることが確認できる XLaunch ではなく Xming を起動してください 50

51 Xming の起動 (Windows)- TeraTerm を起動 - 5

52 Xming の起動 (Windows)- TeraTerm を起動 - もう少し やるべきことがあります 次頁へ 5

53 Xming の起動 (Windows)-4 Teraterm の設定 - 設定 SSH 転送 リモートの (X) アプリケーションを にチェックを入れて OK をクリック さらにメッセージが表示されたら OK をクリック 5

54 Xming の起動 (Windows)-5 Teraterm の設定 - 設定 設定の保存 保存 をクリック ここで いったん Teraterm を終了 Teraterm を再度起動する 54

55 Xming の起動 (Windows)-6 4 eyes の起動の確認 Teraterm が起動したら eyes と打ち込み Enter キーを押す 目玉が出てくれば Xwindow が作動していることが確認できる 55

56 エディタについて プログラムの編集にあたっては エディタソフトを利用 Linu(UNIX) 上のエディタ emacs, vi など Macのエディタ テキストエディット, emacs, Wordなど Windowsのエディタ WordPad, TeraPad, Wordなど 自分の使いやすいものを使えばよい 56

57 使用するプログラミング言語 言語の種類 : Fortran, C, Pascal, Java など コンパイラとインタプリタの違い Compiler: プログラムを機械語に翻訳した実行ファイルを作成 Interpreter: プログラムを逐次解釈しながら実行 Fortran Formula Translator 科学技術計算に適した言語として広く使用 FORTRAN66, FORTRAN77, Fortran90, Fortran95, Fortran00, (Fortran008), 57

58 Fortran プログラムのコンパイル ホスト計算機上には 以下の Fortran コンパイラが用意されています f95 gfortran 通常の使用では どちらでもかまわない コンパイル リンク方法 ( ソースプログラムを計算機が実行可能な形式に翻訳 ) コンパイル時には f95 ソースファイル名, gfortran ソースファイル名 とする f95 test.f90 test.f90 を Fortran95 でコンパイルし a.out を作成 f95 test.f90 o test. test.f90 を Fortran95 でコンパイルし test. を作成 f95 test.f90 test.f90 test.f90 と test.f90 を Fortran95 でコンパイルし a.out を作成 f95 test.f90 test.o 実行方法 test.f90 を Fortran95 でコンパイルし test.o とリンク a.out を作成 a.out または test. あるいは./a.out または./test. 58

59 計算機の利用上の注意 人の迷惑や邪魔にならないように注意すること ( 特に自習時 ) ホスト計算機は多くの人が同時に利用しているので 無限ループ等に陥ったプログラムは停止すること 59

60 図形処理のためのプログラミング基礎 ~ 行列計算 ~ 60

61 図形処理のためのプログラミングの基礎 手始めに 次元座標変換のために必要となる 行列計算のプログラミングを行う 対象物 投影面 視点 6

62 ベクトルの演算 ベクトルの内積 4 a a a a A A B d 4 i a i b i d 4 4 b b b b a a a a B A 4 b b b b B ベクトル A,B の内積 : 6

63 ベクトルの内積 program dproduct! Dot Product of A and B implicit none integer i, n double precision d, a(0), b(0) write (*,*) "No. of Elements = " read (*,*) n write (*,*) "A(i) = " read (*,*) (a(i), i =, n) write (*,*) "B(i) = " read (*,*) (b(i), i =, n) d = 0.0D0 do i =, n d = d + a(i) * b(i) end do 変数 配列の型宣言 ベクトルの要素の読み込み ベクトルの内積の計算 write(*,'(" AB = ", P,E5.5)') d end program 計算結果の出力 6

64 わかりやすいプログラム プログラムがいくつかのまとまった部分から出来ている場合 各部分をパッケージ化しておくと 分かりやすいプログラムとなる 作業 A call a 作業 A 作業 B call b サブルーチン a 作業 C 作業 C* 作業 A call c call a 作業 B サブルーチン b 作業 C call c* サブルーチン c 作業 C* サブルーチン c* 主プログラム 作業の流れ パッケージ化 64

65 ベクトルの内積 ( サブルーチン化 ) program dproduct! Dot Product of A and B implicit none integer i, n double precision d, a(0), b(0) write (*,*) "No. of Elements = " read (*,*) n write (*,*) "A(i) = " read (*,*) (a(i), i =, n) write (*,*) "B(i) = " read (*,*) (b(i), i =, n) subroutine vmul ( d, a, b, n ) implicit none integer i, n double precision d, a(0), b(0) d = 0.0D0 do i =, n d = d + a(i) * b(i) end do end subroutine call vmul ( d, a, b, n ) write(*,'(" AB = ", P, E5.5)') d end program 65

66 行列とベクトルの掛け算 行列演算 () A = a a a n a n a nn c = c c n d = d d n Ac d d i n j a ij c j 66

67 行列演算 () n 元連立一次方程式の解法 a + a + + a n n = b a + a + + a n n = b a n + a n + + a nn n = b n A = b A: 係数行列 : 解ベクトル b: 定数項ベクトル 各種の解法 ガウスの消去法 ガウス ジョルダン法 ガウス ザイデル法 67

68 行列演算 () ガウスの消去法 ( 前進消去 後退代入 ) (/) a + a + + a n n = b a + a + + a n n = b a n + a n + + a nn n = b n a + a + + a n n = b a () + + a n () n = b a n () + + a nn () n = b n () a b i a a a ij b b a i i ij,,, j n; 第 式に a i / a を乗じたものを第 i 番目の式より引く ( 第 式を用いて第 ~ n 式から を消去することに相当する ) a j a i 課題 i,, 68, n

69 行列演算 (4) ガウスの消去法 ( 前進消去 後退代入 ) (/) a + a + + a n n = b a () + + a n () n = b a n () + + a nn () n = b n () a + a + + a n n = b a () + + a n () n = b a n n (n ) n + a n n (n ) n = b n (n ) a nn (n ) n = b n (n ) n b a n n n nn 69

70 行列演算 (5): 例 / 4 ) 4 / ( ) / (5 ) / ( 0 / 8 ) 4 / ( ) / ( ) / ( / ) / ) ( 5 ( ) / ( 元連立方程式の場合

71 行列演算 (5): 例 ( つづき ) ) 4 /( ) ( )) ( ( ) 4 ( ) (

72 課題 ガウスの消去法を使って n 元連立一次方程式の解を求めるプログラムを作成しなさい nは最大 0までとし 任意の元数の解を求められるようにすること また 実際に数値を与えた計算を実行し その計算結果を示しなさい a + a + + a n n = b a + a + + a n n = b a n + a n + + a nn n = b n A= a a a n a a n a nn, = n, b= b b n A b 7

73 課題の提出について 提出物 : 課題 のプログラムソースファイル ファイル名は 自分の氏名 _ 課題名.f90 とすること 例えば 谷泰寛 _.f90 or TaniYasuhiro_.f90 出力結果とプログラム説明をまとめたレポート Microsoft Word 文書形式とする ファイル名は 自分の氏名 _ 課題名.doc とすること 例えば 谷泰寛 _.doc TaniYasuhiro_.doc なお Word97-00 文書形式.doc 形式でもよい 提出先 :tani@aero.kyushu-u.ac.jp 宛てに 電子メールに より提出 期限は次回の講義前までとする 7

74 レポートの体裁について 航空宇宙機設計製図課題 レポートガウスの消去法によるプログラムを作成した結果を報告する Sample TE456 氏名. プログラム実行結果 以下の 元連立方程式を解く +5y+8z= +6y+9z= 4+7y+0z= これに対する元数 係数行列 解ベクトルを次のように入力する.0, 5.0, 8.0,.0.0, 6.0, 9.0,.0 4.0, 7.0, 0.0,.0 計算結果が以下のように出力された 以上より プログラムが正しく動作していることを確認した 画面のコピーを貼り付けるなど やりました 感を示して. プログラム解説 ~0 行 : 変数定義 配列宣言 ~0 行 : データの読み込み ~0 行 : 前進消去 ~40 行 : 後退代入 4~50 行 : 結果の出力 74

75 操作の確認 以下の操作を各自実施 確認した後 課題に取り組んでください Xming のインストール (Windows) 資料の手順にしたがって ソフトウエアをインストール ホスト計算機へのログイン Mac: ターミナル XQuartz Windows: TeraTerm Xming の両方でログインできることを確認 プログラムのコンパイル リンク 実行 簡単な Fortran プログラムを作成し コンパイル リンク 実行ができることを確認 75

76 以下は 参考資料 76

77 ( 参考 ) 基本的な Linu(UNIX) のコマンド () ls 現在のディレクトリの内容を表示 ls [ ファイル] [ ファイル] 指定したファイル名の一覧を表示 ls [ ディレクトリ ] 指定したディレクトリの内容を表示 ls -l [ ディレクトリ ] 指定したディレクトリ内のファイルの属性の表示 pwd cd [ ディレクトリ ] cd 現在のディレクトリ名を表示 指定したディレクトリにカレントディレクトリを変更 ホームディレクトリへ移動 cat [ ファイル ] more [ ファイル ] 指定したファイルの内容を表示 指定したファイルの内容を enter キーで進めながら表示 cp [ ファイル] [ ファイル] ファイルの内容をファイルにコピー rm [ ファイル] 指定したファイルを削除 rmdir [ ディレクトリ ] 指定したディレクトリを削除 ( ディレクトリが空の場合 ) rm -r [ ディレクトリ ] 指定したディレクトリを削除する ( ディレクトリ内の内容も削除 ) 77

78 ( 参考 ) 基本的な Linu(UNIX) のコマンド () mv [ ファイル] [ ファイル] ファイル名を [ ファイル] から [ ファイル] へ変更 mv [ ファイル ] [ ディレクトリ ] 指定したファイルを指定したディレクトリへ移動 mkdir [ ディレクトリ ] ディレクトリを指定したディレクトリ名で作成 chmod ファイル ディレクトリのパーミッション変更 ps kill [ プロセス番号 ] プロセスの状態を表示 指定したプロセスを強制終了 e [ ファイル ] emacs [ ファイル ] vi [ ファイル ] view [ ファイル ] ラインエディタテキストエディタテキストエディタテキストエディタ (Read only mode) man [ コマンド名 ] 指定したコマンドのマニュアルの表示 78

79 Tips 画面のキャプチャ Mac アプリケーション ユーティリティ グラブ Windows グラブを起動したら 取り込み ウインドウ と選択して あとは表示に従って操作 Print Screen キーを押す 画面全体がクリップボードにコピーされる Alt キー + Print Screen キー 現在の画面がクリップボードにコピーされる 79

80 Tips プログラムは正しそうなのにコンパイルでエラーが出る場合 エラーメッセージに UTF-6 がどうしたこうした と出る場合 Emacs でプログラムを編集した際に ファイルの先頭に妙な文字が入ってしまっていることがある (Emacs 上では見えないため 原因がわかりづらい ) 確認方法 $ cat ファイル名 として 画面上にファイルの中身が表示されるので 先頭に?? があるかどうかを確認する 対処方法 (?? があった場合 根本的な解決ではないが ) 上で 画面に表示されたものの?? を除く部分をマウスで選択してコピー Emacs 等のエディタで 新しいファイルの編集を行い コピーしたものを貼付け て 別名のファイルとして保存する 80

81 Tips ターミナル で文字を大きくするには ターミナル メニュー 環境設定 8

82 Tips term で文字を大きくするには ( 方法その ) 次の内容のファイルを作り.Xdefaults という名前で保存する term 上で次のコマンドを実行する $ rdb.xdefaults アプリケーション メニューから 新たに term を実行する (Mac) ( 方法その ) XTerm*VT00*font: 00 term を実行する際のオプションで フォントサイズを指定する $ term -fn 00 ( 新しいウインドウが開く ) 使えるフォントサイズは など 対応していないサイズを指定すると デフォルトのサイズになってしまう模様 8

83 メールについて レポート提出時のメールは 友人同士のメールとは異なる どちらかと言えば ビジネスメールに近い 内容がわかるような件名を書く 宛名を書く 差出人を書く 本文を書く ( 簡潔に ) 時候のあいさつは不要 テキスト形式とする (HTML 形式としない ) 件名 : 航空宇宙機設計製図課題 提出 谷先生 学部 年の航空太郎です 航空宇宙機設計製図の第 回レポートを提出しますので よろしくお願いします 件名 : 航空宇宙機設計製図課題 レポート提出 谷先生 航空宇宙機設計製図の第 回レポートを提出いたします 機械航空工学科航空宇宙工学コース TE456A 航空太郎 8

84 メールについて : よくない例 件名が無い わかりにくい 宛名が無い 差出人が無い 本文が無い 本文 あいさつが冗長など 件名 : ( 件名なし ) 件名 : レポート 課題 のレポートを提出します 件名 : 航空宇宙機設計製図課題 レポート提出 拝啓さわやかな春風が心地よい季節になりましたが いかがお過ごしでしょうか いつもお世話になっております 九州大学工学部機械航空工学科航空宇宙工学コースの航空太郎でございます このたび 航空宇宙機設計製図の課題 のレポートが完成いたしましたので メールにて送付させていただきます 何卒 お受け取りいただきますようよろしくお願い申し上げます 九州大学工学部機械航空工学科航空宇宙工学コース TE456A 航空太郎 84