CAD ビジネスディベロップメントマネージャー
Creo Parametric（Pro/ENGINEE R含む）歴 18 年
PTC の設計ソリューションで実現できることやメリットをお客様に伝え、3 次元データを活用したデジタルツインや AR といった更なる設計環境を使っていただき喜んでいただく事が使命。
※本ブログは、Creo Chapter Webinarシリーズを記事化したものです。
「3D CAD を導入し、立体的なモデルで設計しているから『3次元設計』はできているはずだ」
多くの設計現場で、そう考えられているかもしれません。しかし、設計変更のたびに発生する手戻り、部門間でのデータ不整合、後工程でのデータ活用が進まないといった課題に直面していないでしょうか。
これらの課題の根源は、3D CAD を単なる「3次元の作図ツール」として使ってしまっている点にあるのかもしれません。真の「3次元設計」とは、設計プロセスそのものを変革し、製品開発の全工程を貫くデジタルデータの一貫性を実現することです。その鍵を握るのが、設計の最上流工程である「構想設計」になります。
本記事は、PTC が開催した「Creo Chapter Webinar シリーズ」を基に、以下の課題を持つ皆様に向けて、3次元設計の本質と、構想設計を成功に導く Creo Parametric の具体的な活用法を解説します。この記事を読めば、貴社の 3 次元設計を次のステージへと引き上げるための、具体的な道筋が見えてくるはずです。
3D CAD Creoの詳細はこちら
あなたの会社は本当に「3次元設計」ができていますか？
改めて、「3次元設計ができている」とはどのような状態を指すのでしょうか。干渉チェックや機構検討に 3D CAD を使っていれば、実現できていると言えるのでしょうか。
PTCでは、「3次元設計ができている」とは、以下の3つの条件が満たされている状態だと考えています。
- 思考錯誤を 3Dで行っている
- 最新の状態が常に 3Dデータである
- 3Dデータを徹底的に活用している
これら3つの条件が、なぜ重要なのかを一つずつ見ていきましょう。
1.設計の「手戻り」をなくす思考法：試行錯誤を 3Dで行う
設計の初期段階、いわゆる構想設計をどのように進めていますか。手書きのポンチ絵や 2D CAD、あるいは Excel などでの計算からスタートしていないでしょうか。これらのツールでアイデアを固め、仕様が決まった後に 3D CAD で「清書」するような使い方では、設計変更のたびに多大な手間とリスクが発生します。
ポンチ絵 や2次元図面、Excel シートを修正し、その変更内容を 3Dモデルに「転記」する作業では、「この修正は、本当に 3Dモデルへ正しく反映されたか？」という不安が常に付きまといます。修正が重なれば、抜け漏れのリスクは増大し、致命的な手戻りの原因となりかねません。
「試行錯誤を 3Dで行う」とは、設計の初期段階から 3Dモデルを思考のツールとして活用することです。形状の検討はもちろん、Excel などの計算情報も 3Dモデルにリンクさせ、設計意図を一元管理します。常に中心に 3Dモデルを置くことで、設計変更が発生しても、モデルを修正すれば関連する全ての情報が自動的に更新される仕組みを構築できます。これにより情報の分断がなくなり、変更内容が100% 反映される信頼性の高いプロセスが実現します。
2. データの信頼性を担保する：最新状態が常に3Dデータである
3Dモデルから 2D 図面を作成し、その図面を「正」としてものづくりを進める現場は少なくありません。しかし、製造現場から急な修正が入った際、時間がないために 2D 図面だけを先に修正し、3Dモデルの修正は後回しというケースが頻発していないでしょうか。
このような運用が常態化すると、3Dモデルと図面との間に乖離が生まれ、次第に「3Dモデルは信用できない」という状況に陥ります。結果として、誰もが 2D 図面しか見なくなり、せっかくの3Dデータは価値を失ってしまいます。
真の 3次元設計環境では、いかなる設計変更も、まず「3Dモデル」を修正することから始めます。現在の 3D CADでは、3Dモデルを修正すると関連する 2D 図面も自動的に更新されます。これにより、常に3Dモデルが最新かつ正であることが保証され、誰もが安心してデータを活用できる基盤が整うのです。
3. 設計データを資産に変える：3Dデータを徹底的に活用する
3Dデータは、設計部門だけで使われるものではありません。後工程である製造部門での加工パス作成、品質保証部門での検査、営業・マーケティング部門での販促資料やマニュアル作成、サービス部門での組み立て指示書作成など、その活用範囲は企業全体に及びます。
設計の最上流で作成された信頼性の高い3Dデータが、後工程にスムーズに連携されていく流れ、これこそが近年注目される「デジタルスレッド」の実現です。設計から製造、販売、保守に至るまで、一貫した3Dデータを活用することで、部門間の連携が強化され、業務効率、精度、そして企業全体の生産性が飛躍的に向上します。
これらの3つのコンセプトの基盤となり、デジタルスレッドの出発点となるのが、「試行錯誤を3Dで行う」すなわち「構想設計」です。質の高い構想設計こそが、信頼できる 3Dデータ、ひいては全社的な設計DXの成功を左右するのです。
構想設計の成否が製品の価値を決める
3D CADで行う構想設計とは
構想設計とは、製品の仕様（意匠、構造、性能、費用など）を決定する、設計の土台となるプロセスです。この段階で、製品の品質とコストの約80％が決まると言われています。構想設計が不十分であれば、後工程でどれだけ努力しても、良い製品を生み出すことはできません。
では、構想設計を 3D CAD で行うことには、従来の 2D CAD と比べてどのような違いとメリットがあるのでしょうか。
2D CAD が線や数値で「構想図」を作成するのに対し、3D CAD は、サーフェスやソリッドで「構想モデル」を作成します。両者の決定的な違いは、「情報の連携性」にあります。3Dの構想モデルは、後続のサブアセンブリや詳細部品に設計意図を直接リンクさせ、引き継がせることが可能です。これは、単なる図面に過ぎない 2D CAD では決して実現できません。この「情報の連携」こそが、トップダウン設計の核となります。
Creo が可能にする「壊れない」トップダウン設計
PTC の Creo Parametric で構想設計を行う最大のメリットは、この情報の連携が非常に強固であることです。
構想モデルの情報を基に各部品が設計されている場合、設計変更で構想モデルを修正すると、その変更は関連するすべての部品に自動かつ確実に反映されます。例えば、圧延ローラーの機械設計で、処理する鉄板の幅を1800mmから2000mmに変更すると、構想モデルの幅を変更するだけで、フレームやローラーといった関連部品の形状や位置が瞬時に、正確に更新されます。
この「リンクが意図せず外れることがない」という信頼性が、Creo の大きな強みです。設計者は「変更が確実に反映されたか」をいちいち確認する不安から解放され、本来の創造的な作業に集中できます。手作業による修正漏れのリスクを根本から断ち切ることで、設計変更に強く、高品質な製品開発を実現可能です。
成功する構想設計に必要な3つの機能と 3D CAD Creo の答え
3次元設計における構想設計に必要な3つの機能
優れた構想設計を実現するには、具体的にどのような機能が必要なのでしょうか。PTC は、以下の3つの機能が不可欠だと考えています。
- 計画 (Planning)
製品全体の骨格となる基本情報を定義し、一元管理する機能。 - 伝達 (Communication)
計画した情報を、各設計担当者や関連部品に正確に伝達する機能。 - 確認と制御 (Validation & Control)
情報が正しく伝達されているかを確認し、意図しない参照関係を防ぐ制御機能。
PTC では、これらの機能を「Advanced Assembly Extension (AAX)」というオプションモジュールで体系的に提供しています。
AAX は、大規模で複雑なアセンブリ設計を効率化し、特にトップダウンの構想設計において絶大な効果を発揮します。
今回は、AAX の中でも構想設計の核となる「Pro/ASSEMBLY」に含まれる4つの重要機能「スケルトン」「コピージオメトリ」「参照制御」「グローバル参照ビューアー」を、先の3つのステップに沿って解説します。
AAX は構想設計に特化した強力なモジュールですが、Creo にはこの他にも、設計プロセス全体を効率化するための多彩な機能が備わっています。ジェネレーティブデザインなど、Creo が持つポテンシャルをより広く知りたい方は、こちらの資料もぜひご覧ください。
設計を効率化する3DCAD Creoの機能
PTCの3D CAD「Creo」が提供する 17 のメリットや機能について紹介します。
詳細はこちら＜計画＞スケルトン機能
＜計画＞設計の骨格を定義する「スケルトン機能」
構想設計における「計画」を担うのがスケルトン機能です。スケルトンとは、製品全体のレイアウト、主要寸法、部品間のインターフェースといった、設計の骨格となる重要な情報を集約するための、特別な部品モデルです。
■スケルトンの特徴
通常の部品（パート）と異なり、スケルトンはシステムに「構想設計用の特別な部品」として認識されます。そのため、以下のような特徴を持ちます。
- アセンブリツリーの最上位に配置
常に全体の基準であることが明確です。 - 質量計算に含まれない
構想形状が製品の重量に影響を与えません。 - BOM（部品表）に計上されない
あくまで設計の骨組みであり、実際の部品ではないためです。 - 干渉チェックから自動で除外
手動で除外設定する手間が省け、ミスを防ぎます。 - 参照の起点に設定可能
「参照はスケルトンからのみ取得する」というルールを適用でき、意図しない参照を防ぎます。
かつては通常の部品をスケルトン代わりに使う手法もありましたが、手動での管理が多く、ミスの温床でした。スケルトン機能を使うことで、システムレベルで構想設計のルールを徹底でき、設計の安定性と効率が飛躍的に向上します。
＜伝達＞ 設計意図を正確に配る「コピージオメトリ機能」
スケルトンで「計画」した設計情報を、各部品に「伝達」するのがコピージオメトリ機能です。これは、スケルトンが持つ形状やデータム（平面、軸など）を、サブアセンブリや部品にコピーして連携させる機能になります。
特にチームで設計を進める際に強力なのが「パブリッシュジオメトリ」になります。これは、スケルトン内の膨大な情報の中から、特定の部品の設計に必要な情報だけを「パッケージ化」して名前を付けておく機能です。
例えば、おもちゃの車の設計を4人（ボディ担当、ボトム担当、フロントホイール担当、リアホイール担当）で分担するとします。設計リーダーはスケルトンモデルを作成した後、「ボディ用」「ボトム用」といった形で、各担当者が必要とする情報（基準平面、輪郭のカーブ、取り付け軸など）をパブリッシュジオメトリとして定義します。
各設計担当者は、自分の担当部品の設計を始める際、このパッケージ化されたジオメトリをコピージオメトリ機能で一括して取り込むだけです。これにより、下記のようなメリットが生まれます。
- 情報の受け渡しが迅速かつ正確になる
- スケルトン内のどの情報を使うべきかが明確になる
- 担当者が必要以上の情報にアクセスするのを防ぎ、混乱を避ける
そして、構想設計に変更があった場合、例えば車の全高を150 mm から180 mm に変更すると、スケルトンモデルの寸法を修正するだけで、その情報を受け取っているすべての部品（ボディ、ボトムなど）の形状が自動的に、整合性を保ったまま更新されるのです。
＜確認＆制御＞参照制御
＜確認＆制御＞ 設計の健全性を守る「参照制御」と「グローバル参照ビューアー」
構想設計が複雑になるほど、部品間の参照関係は見えにくくなり、意図しない依存関係（例えば、部品 A が部品 B を参照し、部品 B が部品 A を参照する「循環参照」）が生まれ、設計が破綻するリスクが高まります。これを防ぎ、設計の健全性を「確認・制御」するのが、参照制御とグローバル参照ビューアーです。
参照制御
設計者がどこから参照を取るべきか、ルールを強制する機能です。「参照は同じサブアセンブリ内の部品とスケルトンからのみ許可する」といった設定をすることで、設計者が誤って他のユニットの部品を参照してしまうことをシステムレベルでブロックします。これにより、循環参照などの致命的なエラーを未然に防ぎ、設計の正確性を保ちます。
グローバル参照ビューアー
アセンブリ内のすべての部品の親子関係、参照関係を可視化するツールです。ある部品が「どの部品から参照されているか（親）」、「どの部品を参照しているか（子）」を一目で把握できます。もし意図しない参照が見つかれば、その場で関連を切り離すことも可能です。これにより、複雑なアセンブリの依存関係を正確に管理し、設計変更時の影響範囲も正確に把握することができます。
これらの「計画」「伝達」「確認・制御」機能を体系的に活用することで、Creo は設計変更に強く、破綻することのない、信頼性の高いトップダウン設計環境を提供します。
まとめ：構想設計の変革が、企業の競争力を高める
本記事では、真の「3次元設計」を実現するための核となる、構想設計の考え方と、それを Creo Parametric でいかに実践するかを解説しました。
3D CAD を導入しているにもかかわらず、設計の手戻りやデータの不整合に悩んでいるのであれば、その原因はツールではなく、設計プロセスそのものにあるのかもしれません。構想設計のやり方を見直し、Creo のような強力なツールでトップダウン設計を実践することが、設計部門の生産性を飛躍させ、企業全体の競争力を強化する第一歩となるでしょう。
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Creo の導入によって設計業務の効率化に成功した事例や実際に導入した企業の声を知りたい方は、ぜひこちらもご覧ください。
【導入事例】
参考動画：Creo Chapter Webinar シリーズ第 5 回
本ブログで解説した機能は、こちらの動画にてさらに詳しく説明しております。実際に Creo の操作画面もお見せしながらお話ししていますので、ご興味のある方はこちらもご覧ください。
Q&A
Q: 普通の部品を使ってスケルトンのようなことをしていますが、スケルトン機能を使うと何かメリットがあるのでしょうか？
A: 実は、Creoも昔のプロエンジニアという時代には、スケルトン機能が存在していませんでした。当時は、普通の部品を構想設計用の部品として使用し、それを「マップ」と呼んでいました。構想設計のためにそれを使って設計していたのですが、普通の部品を使用する場合、システムはそれが部品なのか構想設計用の部品なのかを判断できませんでした。そのため、かなり手動で処理する必要がありました。例えば、「これは構想設計用の部品なので、干渉チェックに入れないでください」とか、「重量計算に入れないでください」といったように、手動でハンドリングしなければならなかったのです。
しかし、今日説明したように、スケルトン機能を使用すると、Creoはそれが構想設計用の部品であることを自動的に認識します。そのため、干渉チェックでわざわざ除外する手間や、マニュアルで操作する必要がなくなります。これにより、間違いを防ぎ、手間を減らすことができると考えています。
Q: Windchillなしでフォルダ管理のみでAAXで構想設計やチーム設計は可能でしょうか？また、その場合の課題や問題点は何ですか？
A: PTCのPLMソフトウェア「Windchill」なしでフォルダ管理のみで構想設計やチーム設計は可能かというと、基本的には問題ありません。構想設計自体はWindchillなしでも問題なく行えます。しかし、Windchillを使用するとデータ管理に非常に多くの利点があるため、部品の数が多く、複雑な設計の場合にはWindchillを使用する方が便利になります。
構想設計の流れはフォルダ管理でうまくいくこともありますが、大量の部品を管理する場合には、Windchillを使った方が管理しやすく、効率的です。Windchillなしでも構想設計は可能ですが、配達制御ができないと、設計変更に対する追跡が難しくなるため、何が変更されたのかが不明瞭になることがあります。そのため、Windchillを使った方がさらに便利だと感じます。
総合的に考えると、構想設計自体はWindchillなしでも問題ありませんが、設計変更や管理の面ではWindchillを使用することをお勧めします。
Q: AAXが必要な範囲はどこからでしょうか？スケルトンモデルの作成にはAAXが必要だと思いますが、それ以外の操作はどうでしょうか？具体的には、スケルトンモデルを参照して部品を作成・編集することについてはどうでしょうか？
A: 今日紹介したコピージオメトリ機能がこの場合に必要になります。例えば、部品をゼロから作成し、その部品が出来上がった後に、コピージオメトリを使ってスケルトンからサブアセンブリや部品に必要な情報を取り込むことができます。しかし、この過程でAAXが必要になります。必要な情報を取り込む際、部品のモデリングやサブアセンブリの操作が行われるため、AAXを使うことで効率的に進められます。ただし、AAXを使用しなくても設計作業は可能ですが、機能をフルに活用するためには必要になります。
Q: スケルトンを共有することもできますが、パブリッシュジオメトリを使用する方が有効でしょうか？その場合、どのようなメリットがあるのでしょうか？
A: パブリッシュジオメトリを使用しないと参照できないというルールが一つできると思います。しかし、そうすると、スケルトン内でも使用して良い部分と使用してはいけない部分が出てくると思います。そのため、パブリッシュジオメトリ機能を活用して、使って良い部分と使ってはいけない部分を明確に区別することが一つの特典だと考えます。このように、パブリッシュジオメトリを使う方が有効であると感じます。
また、パブリッシュジオメトリを使うことで、必要な情報を過不足なく簡単に管理できる点も特典の一つです。ただし、先に作成しておく手間はかかるため、最初は少し苦労するかもしれませんが、その分後で楽になるというイメージです。
Q: 車のボディパートだけをデータとして渡す際に、スケルトンとの関係が切れることになると思いますが、その場合はどうすればよいでしょうか？
A: もし、スケルトンとの関係が切れてはいけないのであれば、ボディパートとスケルトンパートはワンセットで扱う必要があります。そのため、ワンセットでお渡しすることが求められます。ただし、形状だけを渡すのであれば、状況に応じて関係を維持するか、またはスケルトンを渡さない相手には、最初にスケルトンを渡し、その後編集して受け取ってもらうこともできます。
Q: 昔のマニュアルにはレイアウトとの連携があったように記憶していますが、今も同じでしょうか？
A: 現在もレイアウト機能は存在しています。レイアウトは、仕様書を作成し、その仕様書と3次元モデルを連携させる機能です。これはAAXの機能の一つで、例えば寸法を変更する際に「この寸法だけを変更してください」というような仕様書をまとめたい場合に便利です。このレイアウト機能を使用することで、管理がしやすくなります。もし興味がある方が多ければ、どこかで紹介してみたいと思います。
Q: 製品の中で可動範囲を持っている部品がありますが、スケルトンでそれをどのように扱うのがふさわしいでしょうか？
A: 今回は単純なスケルトンを紹介しましたが、実はスケルトンには「運動スケルトン」という機能もあります。今日お見せしたような構想設計を行う際に、このモーションスケルトンを使うことで、可動式範囲を持つ部分にも対応できます。構想設計の段階で、例えば「この形とこの形はどう動くか？」といった可動範囲を持つ部分にジョイントを追加し、可動範囲を構想モデルに組み込んで設計することができます。
モーションスケルトンを活用すれば、構想設計の段階から稼働情報を含む設計が可能になります。これにより、より正確な可動範囲や動作を反映した設計ができるようになると思います。
Q: 循環参照を防ぐことができる手段がありましたら教えてください。
A: 例えば、スケルトンからしか参照を取らないように設定することや、サブアセンブリ内では参照を使えるが、他のアセンブリからは参照を取らないように制御することができます。これにより、間違った参照を防ぎ、循環参照が起きるリスクを減らせます。
もし配管設計ができない場合は、まず配管アセンブリを作成し、その中で必要な形状や座標、ポートの位置を定義します。その後、アセンブリからコピーして、閉じた空間内で配管設計を行う方法を取ります。これにより、アセンブリ外部から参照が発生せず、循環参照を防ぐことができます。
Q: エクスポート時にスケルトンモデルはどのように出力されるのでしょうか？独自の機能を使うことで、別の形式に変換しても同等の情報を渡すことは可能でしょうか？例えば、STEPや他社のCADのネイティブフォーマットで出力する場合、スケルトンモデルはデータに含まれないのでしょうか？
A: 選択して外に出力すると、通常の部品として扱われるようになると思います。確かに、私も同じように考えていますが、最終的には確認が必要です。出力するかどうかは、出したいか出したくないかで選択することになると思います。出力した場合、スケルトンは普通の部品扱いになるはずです。
Q: スケルトンを含んだアセンブリの構成部品の一部のみをWindchillにインポートするとゴーストファイルは出ますか？
A: スケルトンがないので出てしまいますね。Creoの世界では連携が必要です。 この場合、構成部品の一部とスケルトンをセットでインポートしていただければ、問題なく進められると思います。
Q: Creo7で新たに導入されたマルチボディ機能を活用することで、スケルトン内でより詳細な部品モデルの検討が可能になると考えています。このような運用事例にはどのようなものがありますか？
A: マルチボディを使った構想設計は、実はCreo7以降で可能になりました。AAXの方が上位の機能が多く、できることも多いですが、部品数量が数百点レベルであれば、マルチボディを活用して構想設計を行うことが可能だと考えています。
実際に、Creo7を使ってマルチボディを活用した構想設計を行っているお客様もいらっしゃいます。この方法を採用することで、部品数が多くても柔軟に対応できる場合があります。
Q: 3DAを実施したいと思っているのですが、スケルトンとは相性が悪いように感じます。この場合、どのように対応すればよいでしょうか？
A: 説明した通り、スケルトンは構想設計において必要最低限の情報を持つのが適切だと思います。部品が本来持つべき情報をスケルトンが持ってしまうと、部品が持つべき情報が不足することになります。その結果、アノテーションを行う際に、マニュアル作業が増えることになります。
もし、その情報は部品が持つべき情報であり、部品のアノテーションとして適切であれば、スケルトンではなく部品にその情報を持たせる必要があります。そのため、スケルトンと部品の情報の切り分けが重要だと考えます。