設計者によるシミュレーションの活用で設計品質向上、開発リードタイム短縮

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設計者によるシミュレーションの活用で設計品質向上、開発リードタイム短縮設計時間とコストを削減しながら、設計を加速させる企業が増えています。物理学に基づいたシミュレーションを設計初期プロセスに組み込むことで、製品性能のあたり付け、妥当性を確認しながら設計をすすめていくことで素性の良い設計が可能となります。しかし、お使いのCADとシミュレーションソフトウエアとの互換性や、シミュレーションを導入後の活用方法などの懸案もあるかと思われます。このホワイトペーパーでは、設計者によるシミュレーションの活用がどのように製品設計の品質向上に貢献するのかについてご紹介します。ダッソー・システムズの設計者解析は、お使いのCATIA v5のGUIから直接シミュレーションを実行頂く事が可能です。よって、新しいGUIを習得する必要はありません。また、シミュレーション機能は、CATIAのシスターブランドであるSIMULIAの構造解析ソフトウエアであるAbaqusをベースに、CATIAユーザー様向けに提供しています。また、さらに、3DEXPERIENCEプラットフォームでは、設計やシミュレーションに関する情報をチーム内で共有する事により、繰り返し作業を削減し、デジタルデータとして知識を保存・共有する事が出来ます。ダッソー・システムズでは、ご利用内容に応じて既存のCATIAからシミュレーションをご利用頂く方法や、 3DEXPERIENCE プラットフォームを使用したさらに一歩先のソリューションをご提供します。

設計におけるシミュレーションCAE（Computer Aided Engineering: コンピュータ支援エンジニアリング）は、今ではものづくりには不可欠な技術なっており、航空機や自動車、スマートフォン、ペットボトル、医療機器、スポーツ用品などの幅広い製品開発に使用されています。これは、なぜでしょうか？実験と何が違うのでしょうか？シミュレーションは、応力、ねじれ、接触、曲げ、座屈などの物理現象を計算するために、物体やシステムの機械的な挙動を物理的にモデル化し、シミュレーションを実行します。これは、シミュレーションがあらゆる構造物のアプリケーションに幅広く利用できることを意味します。例えば、車体の応力解析やタブレットが硬い床に落下する耐久性解析をモデル化することも可能です。シミュレーションの結果は、視覚的に分かりやすいグラフィカルに表示することや、アニメーションで表示されます。シミュレーションは、物理実験ではできないような繰り返し結果を確認する事、結果を拡大表示させる、「なぜ」そのような現象が起こるのかを視覚的に理解するが可能です。

3DEXPERIENCEプラットフォームにおけるCATIA設計者のためのシミュレーション ダッソー・システムズのCATIAは、製品設計とデザインのための世界をリードするソリューションです。自動車、航空宇宙、その他幅広い分野の多くの大手企業で採用されています。CATIAとSIMULIAアプリケーションの密接な

3DEXPERIENCEプラットフォーム上のAbaqusベースの構造シミュレーション・　アプリケーションを使用することで、部品からアセンブリに至るまでのCATIA設計の線形および非線形構造性能を迅速に評価できます。

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統合により、この最先端のシミュレーション技術を設計プロセスにシームレスに実装することができます。3DEXPERIENCEプラットフォームでは、実績のあるAbaqus技術に基づいた直感的で使いやすいSIMULIAの構造シミュレーション・モジュールが展開され、CATIAユーザーにも使用されています。このシミュレーション・モジュールは、自動メッシングやインタラクティブでガイド付きのワークフローにより設計者が、シミュレーションを迅速かつ正確に設定し、実行することができます。構造解析のワークフローでは、線形構造解析、定常状態の熱解析、座屈と固有振動数のシミュレーションを行うことができます。すべてのシミュレーションタイプは、同じインターフェイスを使用することで、デザインコンセプトの様々な側面を同時に考慮することができます。接触および接合の接触モデル化することで、複数の異なる部品を簡単に組み合わせて、単一のシミュレーション・ワークフローを構築する事が出来ます。より複雑なシナリオに対応させたい場合は、このシミュレーション・ワークフローを、基本的なシミュレーションから高度なシミュレーションへスケーラブルに拡大していく事が可能です。Globe Trailersの事例では、同社は高い需要に応えるためにLowboy Trailerの生産量を2倍にする必要がありました。同社は、ダッソー・システムズの3DEXPERIENCEプラットフォームを採用し、統合された設計とシミュレーション機能の単一環境を、世界各国からリアルタイムに利用しています。3DEXPERIENCEプラットフォームは、オフィス、自宅、出張先からいつでもアクセス可能です。これにより、Globe Trailers社のデザイナーやエンジニアは、遠隔地にいるチームメンバーと一緒に作業することができました。これまでは、Globe Trailers社のエンジニアは、解析を実行するには、解析結果ファイルをインポートし、解析後は、ファイルをエクスポートしなければなりませんでした。また、他のチームメンバーも同様に作業を開始するため必要なファイルをインポートする必要がありました。しかし、3DEXPERIENCEプラットフォームにより、情報が一元管理される事で、正しいファイルにアクセスでき、設計の性能評価を迅速かつ効果的に行うことができるようになりました。さらに、Globe Trailersにとっては時間も重要です。問題が発生した場合、彼らは問題を数時間の間に解決する事により、ショップは滞りなくトレーラーを組み立てることができます。彼らの設計チームは、他に類を見ない柔軟性とロバスト性により、シミュレーションをより迅速に、また設計を最適化し、時間とコストを節約しながら実行することが可能になりました。

新しいデザインの性能を評価する エレクトロニクス業界では、機能性に対する消費者の期待は非常に高く、ロバスト性、性能、信頼性の向上が求められています。他の産業と同様に、メーカーは色々な圧力にさらされています。政府の規制や性能要件を満たしながら、同時に革新的な新製品を開発し、より短い時間で、より低いコストで提出しなくてはいけません。独立した調査会社のTech-Clarityが272社のメーカーを対象に行った最近のエンジニアリングソフトウェアに特化した調査によると、回答者の44%は、競争力に影響を与える意思決定が難しくなっていると回答しています。大多数の人は、競争力を高め、より高い製品を提供するためには、その要件定義が重要であると述べています。設計の意思決定をより困難にしている要因として品質の向上、製品の性能を向上、さらに製品自体がより複雑になり、考慮すべき要素がさらに増えていることにあります。複数の設計における評価項目が存在し、機能要件を満たすためにはとても時間がかかります。また、開発スケジュールが短縮される事で、エンジニアは業務

より強く、より安全に。より信頼性の高いトレーラーを

Globe Trailersが3DEXPERIENCEプラットフォーム上でデザインとシミュレーションを組み合わせて生産ワークフローを最適化し、より高品質な製品と市場投入までの時間を短縮するというビジネス目標を達成した方法をご覧ください。

開発期間と費用の削減

概念設計 詳細設計 物理実験 生産

今までの開発プロセス

概念設計・シミュレーション

詳細設計・バーチャル

プロトタイプ

最低限の物理実験

生産

シミュレーション主導設計プロセス

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に費やす時間が減ります。もはや、勘や経験では対応しきれなくなってきています。Tech-Clarityのレポートによると、このような状況は、設計者が品質と時間のトレードオフを考慮しながら製品コストを上げずに設計を行うのはほぼ不可能だと報告されています。ダッソー・システムズの設計者向けシミュレーションは、製品開発チームに次のような機能を提供します。製品の設計とバーチャルテストのためのより効率的で合理的なプロセスを提供する事で、物理的な実験の時間とコストを削減することができます。構造シミュレーションの専門家がいなくても、CATIAや他のCADツールを活用して構造シミュレーションを実施することができます。カスタマイズ可能なユーザー・アシスタント・パネルによるガイド付きのシミュレーション・セットアップにより、専門知識の習得も容易になりました。バーチャルプロトタイプは、実際の材料の調達や機械加工を必要とせずに作成することができます。これは、創造的なアイデアを試作品の構築にかかる時間とコストを削減しながら設計プロセスよりずっと前にバーチャルで実験することができることを意味します。様々な代替案の実際の挙動をシミュレーションする際にも、”What if?”（もしこうだったらどうなるか?）デザインスタディがより強力になると述べています。有望なアイデアを妨げることなく、早期に、また型にはまらないコンセプトであっても実現可能性を確認する事が出来ます。より多くの設計空間の挙動を理解することで、より速く、より多くのことが可能になります。設計プロセスの後半においても、シミュレーションは、物理的なプロトタイプが必要とされている実験の数を減らし、サポートする役割を果たしています。昨今では、かつては物理的な試験結果のみが認められていた規制当局での認証プロセスが、申請資料のエビデンスとしてシミュレーションの使用や結果を許可するケースが増えてきています。設計統合シミュレーションのもう一つの利点は、プロセス管理ツールと組み合わせて使用ことにあります。管理ツールを使用することで、繰り返し計算のような単調で時間のかかる業務の多くを自動化することができます。たとえば、剛性と重量の最適なバランスを検討する際、多くの設計バリエーションを検討する必要があります。手動で実行する場合、設計者は、各ケースを作成し、テストするには多くの時間がかかってしまいます。しかし、自動化により、必要なバリエーションを自動で検討する事が出来ます。また、人間の経験からでは見つけ出せないような

参照：テッククラリティレポート：シミュレーショ ンからさらに高い価値を得て、新たな市場を勝ち抜き、勝ち抜く方法

設計とシミュレーションに同じモデルを使用し、共有データ管理とコラボレーションアプリを活用して、性能要件を満足する事で意思決定を加速し、物理的なプロトタイプを削減することで、革新的な製品をより早く市場に投入することができます。

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構造を支える新しい設計案がでてくるかもしれません。このような設計統合シミュレーションの利点をまとめると、個々の設計者はより少ない試行錯誤でより効率的に作業を行うことができます。そして最終的には、製品開発者とメーカーは、品質に妥協することなく、設計時間とコストを削減することができます。

真の事業価値を実現するためにまた、Tech-Clarityの調査によると、企業は製品の複雑さの増加に直面しているため情報に基づいた設計上の意思決定を迅速に行うことが求められており、設計シミュレーションの統合をサポートするクラウドベースのプラットフォームソリューションに大きな価値を見出していると述べています。調査結果が下のグラフに示されているように、製造業の企業は、統合プラットフォームの利点をいくつか挙げています。特に複雑な製品開発に直面した際には、デザインエンジニアとシミュレーションの専門家とのコラボレーションが容易になるというメリットがあります。その他にも、以下のようなメリットが報告されています。- トレーサビリティーの向上- 柔軟なライセンス- より多くの物理的挙動を把握するためのアプリケーションへのアクセス- 意思決定を支援するためのデータへのアクセスが容易ダッソー・システムズの3DEXPERIENCEプラットフォームは、多くの異なるアプリケーションを共通化された環境に統合しています。また、環境を提供すると同時に、すべてのCADモデル、シミュレーションの結果、レポート、全てのデータの共有を可能にします。データを共有することで、時間を節約し、間違ったバージョンのファイルやデータを使うといったミスから解放されます。設計の変更後、即座にシミュレーションモデルに反映され、1つの設計データから複数のシミュレーションシナリオを実行する事が出来ます。

プラットフォーム上で利用可能なアプリケーションはクラウド上で動作させることができ、ソフトウェアはどこでも利用可能で、現場でハイエンドのハードウェアがない環境からでも設計とシミュレーションを行うことができます。同時に、データのセキュリティは最も重要であり、3DEXPERIENCEプラットフォームでは、デザインやシミュレーションへのアクセスを簡単に制御し、必要な人だけが利用できるようにすることができます。一旦、シミュレーション実行後、レポート、グラフ、アニメーションを作成し、リアルタイムに誰とでも共有することができます。

参照 ：Tech Clarity Report;シミュレーションを活用する事で新たな市場を 勝ち抜いていく方法

まとめ設計者のためのシミュレーションは、設計プロセスにおけるイノベーションの大きな可能性を引き出します。以下に示すように数多くのケーススタディでは、設計プロセスにシミュレーションを統合することで、設計プロセスを大幅に加速させ、コストを削減し開発を行うことができます。SIMULIAシミュレーションアプリケーションを3DEXPERIENCEプラットフォーム上のCATIAと統合する事で、シームレスでガイド付きのワークフローにより、シミュレーションの専門家ではない設計者が、簡単に、迅速に、そして正確に技術を利用で来ます。ユーザーごとに与えられるアクセス設定により、機密性の高いデータの管理から、シミュレーション結果を同じオフィスでも、ホームオフィスでも、他の場所にいる必要なメンバーに迅速に共有することができます。ダッソー・システムズの設計者向けシミュレーションは、あらゆる業界の企業が、開発プロセスの中で設計が性能と信頼性のKPIを早期に達成するかどうかについて評価することを可能にします。これにより、製品が必要な機能要件や政府の規制を早期に満たしていることを確認し、リコール発生を事前に防ぎます。最終的には、高品質で革新的な製品をより迅速に市場に投入することが可能になります。

主要な機能アクセスしやすく使いやすい • - ガイド付きシミュレーション設定• - 設計とシミュレーションの関連性を自動的に維持• - 設計根拠のトレーサビリティを確保• - 設計プロセスにおける効率的なwhat-if（もしこうだったらどうなるか?）シナリオ

強力な構造解析技術 • - Abaqus技術をベース（線形、非線形、静的、準静的、動解析、摺動接触相互作用、大変形、　　

　大ひずみの検証）• - 正確な材料挙動モデリングのための材料校正

クラウドでのコラボレーション、セキュアなプラットフォーム • シミュレーション結果を共有し、どこにいても設計プロジェクトで共同作業が可能• - クラウド上の一元化された安全な場所で、すべてのエンジニアリングデータを管理• - ローカルマシンに負担をかけずに大規模モデルの検証を処理するクラウドコンピューティング

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ダッソー・システムズの3DEXPERIENCE®プラットフォームでは、11の業界を対象に各ブランド製品を強力に統合し、各業界で必要とされるさまざまなインダストリー・ソリューション・エクスペリエンスを提供しています。ダッソー・システムズは3DEXPERIENCEカンパニーとして、人々の進歩を促す役割を担います。当社は持続可能なイノベーションの実現に向けて、企業や人々が利用する3Dのバーチャル コラボレーション環境を提供しています。当社のお客様は、3DEXPERIENCEプラットフォームとアプリケーションを使って現実世界のバーチャル ツイン エクスペリエンスを生み出し、さらなるイノベーション、学び、生産活動を追求しています。

ダッソー・システムズ・グループの20,000名に及ぶ社員が、140カ国以上、あらゆる規模、業種の27万社以上のお客様に価値を提供しています。より詳細な情報は、www.3ds.com（英語）、www.3ds.com/ja（日本語）をご参照ください。

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