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生産技術と製造現場を支える3D
CAD |
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(2008年7月25日up) |
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[ ハイエンド3D CADの現状 ]
生産技術と製造現場を支えるソフトウェアという視点から、3D
CADとそのデータを後工程で利用するための軽量な3D データ技術の進展を見てみよう。まずは、設計部門で利用する3D
CADである。
3D CADはもともと、航空機や自動車といった部品点数が膨大で、多くの企業を巻き込んで生産する製造業をターゲットに開発されてきた。ダッソーシステムズ社のCATIAや、シーメンスグループのNXといったCADがそうである。これらのCADでは精密な曲面表現で部品の3D形状を表現することができる。CADでは基本的な形状に加え、フィレット面などの複雑な曲面を含めて、多様な3Dモデルを設計するためのモデリング機能を提供している。扱う製品の範囲が拡大するにつれ、これらのCADでは金型を設計するための専用モジュール、配管を設計するための専用モジュール、ワイヤハーネスを設計するための専用モジュールなど、専門的なモデリング機能が提供されている。
パラメトリック機能を最初に製品化したCADメーカーとして、PTC社のPro/ENGINEERも電機メーカーなどで広く利用されている。これは、ベースとなる設計をきちんとしておけば、パラメータを変更することで、適切な部品形状を自動的に生成する機能である。同じような形状の部品が多種類出てくる場合には、とても便利な機能である。
これまで述べてきたCADはハイエンドCADと呼ばれており、モノづくりプロセスの上流に位置する設計部門で利用されている。上流で正しく品質をつくり込まなければならない大規模製品の設計には、必須なツールとなっている。
ハイエンドCADメーカーでは、多数の部品を3D 空間に適切に配置し、製品の構成を定義するアセンブリ機能も提供している。多数の部品が正しく配置され、どの部品が何個使われるのかが決まって、製品の構成が決定する。航空機や自動車のような製品では、扱う部品数が数万〜数百万点にも及ぶ。このような場合には、部品データの管理も重要になる。そこで、CADデータを管理するための製品データベース（PDM：Product Data Management）が各CADメーカーから提供されるようになった。現在、ユーザーは形状のモデリング機能のやりやすさに加え、データを共有しながら設計を進める協調設計を求め始めている。
各CADメーカーにとって、PDM が主力ビジネスになりつつある。CADで設計し、PDM でデータを管理するようになると、設計の上流から生産技術や工場など下流までの製品のライフサイクル全体をカバーするようなシステムが提供されるようになる。CADメーカーではこれをPLM（Product Lifecycle Management）と呼んでおり、製造業のシステムの基盤と位置付けている。
[ ミッドレンジ 3D CADの勃興 ]
Windows の普及とパソコンのハードウェア性能の進歩に伴い、1990年代後半になると比較的廉価なミッドレンジCADが出現した。パラメトリック機能をWindows流のユーザーインターフェースの上で実装したソリッドワークス社（1997年にダッソーシステムズ社が買収）のSolidWorksがその先駆的な存在であり、現在でも家電メーカーや中小の製造業でよく利用されている。同様にシーメンス社はSolid Edge、PTC社はCoCreateというミッドレンジCADを持っている。いずれも買収により、これらのミッドレンジCADを保有している。興味深いことに、PTC社のCoCreateはパラメトリック機能ではなく、モデリングの履歴を持たないということが大きな特徴になっており、パラメトリック機能のニーズの少ない精密機械業界などで利用されている。
また、2D CADでほぼ世界標準という位置付けを得ているCADとしてAutoCADがある。これを保有するオートデスク社の3D
CADがInventorである。AutoCADで図面を作成しているユーザーに3D機能を提供するという形で、中小企業を中心に急速に利用者層を拡大しつつある。3D
CADで設計した後、図面を作成するというのが他社の流れであるが、オートデスク社は、自社の2D
CADユーザーに3D CADを売り込むという戦略をとっている。この結果、3D CADのユーザーの裾野を中小企業まで広げている。
これらのミッドレンジCADは、従来モデリングを安価で簡易にするツールという位置付けであった。しかし、最近では、形状をモデリングする機能も充実し、CAM/CAE分野のアプリケーションも揃え、簡易なPDM も提供するなど、ハイエンドCADとの境界が曖昧になってきている。ハイエンドCADはこれに対抗する形で、PLMという名前の下に PDM システムでデータを管理し、上流の設計から下流でのドキュメント作成に至るまで、ユーザーの設計製造プロセスに対応した統合システムを提供することにより、差別化を図ろうとしている。図５にCAD業界の会社と製品をまとめておく。
[ 2D CADから3D へ ]
それでは、これらのCADは、どのように使い分けられているのだろうか。大雑把にいって、大手製造業の設計部門がハイエンドの3D
CADで製品設計し、一次サプライヤはハイエンドかミッドレンジCADを利用し、さらに、そこから二次、三次のサプライヤになると徐々に2D
CADで作成した図面で情報を流すという使い方であろう。大手でも、現場に近い設備設計にはミッドレンジCADが使われ、設備や冶具の設計も3Dでというケースも多くなっている。また、ミッドレンジCADの性能や機能向上に伴い、大手の製造業でも、家電製品等ではミッドレンジCADを利用するケースが増えている。いずれにしても、中小企業でさえ2DCADに代わって3D CADの普及が始まっている。この背景には、図６に示すような要因がある。それぞれを解説すると以下のとおりである。
| (1) |
3D CADの敷居が下がってきた。使い勝手が向上し、導入のハードルは下がりつつある |
| (2) |
CADベンダーの戦略。大手の導入が一巡して3D
CAD普及のターゲットが中小企業に移行し、廉価なパッケージ製品の販売も始まっている |
| (3) |
図面作成と相性のよい3D CADが出現しつつある。3D設計されたCADから断面図をとり、そのまま図面にすることも可能である。逆に2D上の断面で形状を考案し、3D化する機能を搭載したCADもある |
| (4) |
大手製造業では、3D CADによるデータ配布が始まりつつあり、図面の代わりに3Dデ ータを基準に仕事を始めるという流れが始まっている。JAMA（日本自動車工業会）やJEITA（電子情報技術産業協会）による3D単独図普及活動もこれを加速させている |
| (5) |
大学、専門学校での3D CAD教育が充実しつつある。自治体レベルで3D
CADを推進していることころもある。コンピュータソフトウェア協会のように「3次元CAD利用技術者試験」を実施し、3D CADをある程度は使いこなせるということを認定することで、資格取得者の企業における地位の底上げをしている機関も存在する |
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| → 次回は8月にアップ予定 |
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