今回は製品開発における工数増を抑えるために、3D CAD データ管理のポイントとして CAM、ビューアー、PLMの活用やその事例について解説します。記事の最後で PLM ツールのお客様導入事例もご紹介しておりますので、気になる方はぜひ最後までご覧ください。
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製品開発における工数アップの原因
変化の激しい市場で競争力を維持・強化するために、製造業は市場投入期間の短縮、製品品質の向上、開発コストの削減など、プレッシャーの増大に直面しています。製造業は工数が増える原因を追求し、大幅な効率化に着手する必要があると言えるでしょう。
製品開発において、工数が増える原因は設計プロセス中のコラボレーション不足（手戻り）です。設計プロセス中のコラボレーション不足は、試作後の設計やり直しにつながっています。コストのかかる設計やり直しを軽減し、設計プロセスを大幅に効率化するには、構想段階で多くの部署や協力企業と情報共有し、フィードバックを行える仕組みが必要です。
図面管理方法を刷新し、設計部門と製造部門など複数部門の情報共有を促進することも重要になってくるでしょう。設計から製造へのデータ移行時に、CAD や CAM のデータを、工作機械が認識できる G コード等の NC データへ自動変換した後に、人手による編集作業をすることで人為的なエラーが発生しやすくなります。こうしたプロセスは、工数増の大きな要因となります。
製品開発における工数削減を実現する鍵は、3D CAD データにあります。3D CAD データは、設計検討、製造指示、現場での指示閲覧など、ものづくりの上流と下流で活用されているからです。そこで製造業の効率化には、複数部門の連携を強化できるよう 3D CAD データの管理方法を見直すことがポイントです。
複数部門の連携を促進する、3D CAD データ管理のポイント
3D CAD データの管理は、製造業の効率化において重要な役割を果たします。複数部門との連携を促進し、コラボレーションを加速するためには、下記の3点が必要です。
- 3D 設計モデルをだれもが簡単に「見る」ことができる仕組み
- 必要に応じて、生産技術部門や関係企業が編集・提案できる機能
- 変更がリアルタイムですべての関連データに自動反映される機能
ここでは上記を念頭に、3D CAD データ管理のポイントを紹介します。
データ連携に強い 3D CAD ソフトウェアの選定
構想段階から 3D CAD データを共有して設計検討（デザインレビュー）を行い、多くの部署や協力企業からフィードバックを受けることが手戻りを低減するポイントです。そこで大幅な効率化を実現するために、データ連携が100％保証される 3D CAD ソフトウェアの選定を検討しましょう。
たとえば、3D CAD では 3D モデルを中心に、図面や解析データ、加工用データなど多様なエンジニアリングデータを扱います。どの関連データから加えた変更・修正であっても、参照関係を保ちながら自動で一括反映されるアソシエイティブ機能を実装する 3D CAD なら、データ連携切れや修正漏れの懸念から設計者は解放されるのです。アソシエイティブ機能は、コンカレント・プロセスを可能にし、並行して工程をすすめることで製品開発期間の短縮を実現できます。
PTC 社の Creo は、幾何学演算だけでなくシングルデータベースで処理を行う独自カーネルを搭載した、3D CAD ソフトウェアです。この100％自社開発した完全オリジナルのカーネルこそが、データの相互連携性を強化し、迅速な自動更新による整合性保持を可能にしています。シングルデータベースの Creo であれば、設計情報をトップに集約し、変更・修正は配下にあるすべての部品やサブアセンブリにリアルタイムで反映させられるため、「トップダウン設計」を容易に実現できるのです。
3D CAD ビューアーの活用
3D CAD は、2DCAD と比較して格段に情報量が多いために、軽量かつ正確な 3次元フォーマットに変換できる 3D CAD viewer（ビューワー、以下、ビューアー）の活用を検討しましょう。データを作成したアプリケーションや特殊な CAD スキルは不要であり、オフィス用PCでも 3D 軽量データを閲覧できるようになります。
「3DA（アノテーション付きの 3D マスターモデル）」に情報を集約し、3D CAD ビューアーを活用することが、3D CAD データ管理のポイントです。結果として、組織内部だけでなく、組織外のパートナーやサプライヤーとも 3D データを容易に共有できるようになります。
3D CAD ビューアーの活用は、設計部門と製造部門の連携強化にも役立つでしょう。 アノテーションを表示し、形状の測定が可能な 3D CAD ビューアーを活用すれば、3D データのままで製造現場へ指示できます。つまり、組立・製造現場は紙図面への依存から脱却し、3D データを活用して形状や組み立て手順を確認しながら作業できるようになります。
3D CAD ビューアーを活用するメリットは次のとおりです。
| 部門 | メリット |
| 設計部門 |
|
| 製造部門 |
|
PTC 社の Creo View は、データの比較と検証のプロセスを容易にする 3D CAD ビューアーです。Creo View を使用することで、単一のビューアーソフトでさまざまな情報を照会できるようになります。主に下記のようなデータを閲覧可能です。
- 3D モデル、構造 、メタデータ
- 2D 図面の表示、注記 、印刷、比較
- 電子基板、電気回路図
- PDF 文書
- 設計変更レビュー
閲覧のみであれば Creo View Express は、無料でご利用になれます。
CAM の活用
CAM は、コンピュータ数値制御の工作機械（以下、CNC マシン）で加工するために必要な NC プログラムなどを作成するソフトウェアです。CAD で作成した設計データを CAM に出力し、作業員に頼らずとも、数値情報による指令をもとに製造プロセスを自動化します。加工プロセスのシミュレーションも可能なため、工具の動きや材料の削り方をあらかじめ確認することで、エラーや衝突などの誤作動を回避できます。
この CAM と 3D CAD を連携させれば、設計工程から製造工程へのシームレスなデータ移行が可能です。データ変換が不要になることで、複雑な形状かつ高い精度が必要とされる部品でも、加工時間を短縮しながら製造できるようになります。ソフトウェアを介して、設計変更も容易に反映させられるので、小ロット生産も可能になり、量産開始前の試作製造やカスタムオーダーにも対応可能です。
2つの機能を統合させた CAD CAM については、後述しているのでぜひ参考にしてださい。
PLM ツールとの連携
3D CAD と 製品ライフサイクル管理ソフトウェア（以下、PLM）とを連携させれば、あらゆるデータをセキュアに管理でき、情報伝達がスムーズになります。
PLM との連携によって、仕掛中、承認中など設計データの最新版や共通部品の管理が容易になります。3D CAD データ、部品表 (BOM)、過去図面や技術文書を一元管理できるため、再利用も促進されるでしょう。作業指示書の自動生成なども可能になり、設計者の負担を大幅に軽減可能です。
PTC 社では、PLM ソリューション「Windchill」を提供しています。Creo の 3D モデルと Windchill を連携させることで、シームレスに情報を活用できるデジタルスレッドの構築が可能になるのです。データの制御とコンカレント設計に必要な環境が整うため、工程削減につながり、結果として市場投入期間を短縮できます。
3D CAD ビューアー活用事例
ここでは、3D CAD ビューアー「Creo View」の活用によって、デジタル開発の高度化や業務効率化につなげている製造業の事例を紹介します。
トヨタ自動車の例
トヨタ自動車は 3D 図面のトライ運用を実施し、従来の 2D ＋ 3D による運用と比較したところ、作図や検図などの設計工程において工数増加が判明しました。そこで Creo View の標準機能を使用して、2D 検図で実施していた赤ペンチェックと新旧図面比較を 3D でも確立し、検図作業の効率化を図っています。
赤ペンチェックの代わりに、Creo View の「Design Check モード」を用いて、3D 図面に直接コメントなどの情報を残せるようにしました。チェック作業を進めながら、ステータスを反映できるほか、進捗を色分けすることで、承認や完了などの状況を識別しやすくしています。
新旧図面比較については、独自ツールから Creo View の「View State Compare」に切り替え、 効率化することにしました。新旧2つのモデル間でアノテーションを比較し、相違リストの表示や該当部位の詳細について確認できるよう改善し、紙図面同様の手軽さを目指しています。
某建設機械メーカーの例
某建設機械メーカーでは、90年代後半より Creo （旧Pro/ENGINEER）を採用し、フル 3D 設計に取り組んでいます。3D CAD ビューアー「Creo View」も併せて取り入れることにより、フル 3D データ活用によって20〜30％もの工数削減に成功しました。
フル 3D 設計に切り替えた当初は、管理職や購買部門などで 3D CAD を使えなかったために、3D データ活用の社内展開がなかなか進みませんでした。そこで 3D CAD ビューアー「Creo View」の活用に踏み切ったことにより、9割の管理職が 3D データを利用できるようになったのです。その結果、2〜3割もの工数削減を実現しました。
製造業の効率化に役立つ CAD CAM
CAD CAM とは、設計と製造プロセスを統合したソリューションのことです。設計工程を支援する CAD と 製造工程の自動化を支援する CAM の機能を連携させることで、製造業の効率化を実現できます。
CAM ソフトウェアの概要
CAM ソフトウェアは、CNC マシンを動かすために必須なプログラムを作成し、最適化されたツールパスを自動生成するソフトウェアです。加工する材料に対して、工具の最適な切削経路を自動作成するため、無駄な動きを排除しながら加工時間を短縮できます。
3D CAD モデルの形状を参照して、CNC マシンに向けた指示を自動的に生成するのが、3D CAM ソフトウェアです。まずソフトウェア上で、製造方法に応じて「切削」か「アディティブ」で加工タイプを選択します。加工箇所を指定しフライス加工、旋盤加工、レーザー切断などを使用した除去製造、積層する場所を指定することで、3D プリンターによるアディティブマニュファクチャリング（付加製造）に対応できます。
アディティブマニュファクチャリング（イメージ）
切削加工（イメージ）
CAD の座標データと CAM の経路データは、工作機械が認識可能な NC プログラムを構成する G コード形式等へと変換され、それを読み取った CNC マシンが加工オペレーションを実行して部品を製造します。
CAD CAM 導入によって可能になること
CAD と CAM の機能統合によって得られる大きなメリットは、設計工程から製造工程に移行する際のデータ変換が不要になることです。CAD CAM には「ポストプロセッサ」機能があり、工作機械に切削などを指示する NC データを簡単に生成できます。
設計変更や新しい要求をもとに 3D モデルの形状が変更された場合も、確実に CNC ツールパスを更新できるため、プログラミングエラーが発生する心配はありません。CAD CAM は設計と製造をつなぎ、コミュニケーションとコラボレーションを促進するのです。
CAD CAM なら、人為的なミスを減らし、プログラミングエラーを削減できます。複雑な形状を持つ部品の製造加工プロセスを簡素化できるようになるため、高精度な部品製造が可能になります。つまり開発コストを低減しながらも製品品質を向上できます。3D デジタルモデルを中心に CAD CAM を活用すれば、物理的な部品や工具も製造加工できるため、市場投入期間の大幅な短縮にもつなげられるでしょう。
Creo の CAD CAM
Creo は、強力な CAD CAM ソリューションを提供しています。Creo の拡張機能の中には、幅広い CAM 機能が実装されているため、設計から製造加工までの一貫したプロセスを支援できる点が大きなメリットです。付加製造向けの高品質で革新的な設計を作成したい場合には、Creo のジェネレーティブデザインとシミュレーション技術の活用も検討すると良いでしょう。
Creo には設計モデルの製品製造情報 (PMI) に加工属性を埋め込み、Creo NC で取り出して、CAM プログラミングを半自動化できる設計製造密連携の機能が実装されています。加工工程文書・工具リストの自動作成ツールや、設計の変更箇所をリアルタイムで反映できるアソシエイティブ機能も、設計製造工程の効率化に役立ちます。
Creo の CAM 機能で可能なことは、主に下記の通りです。
- 2.5 軸、3 ～ 5 軸同時加工までのミリング加工プログラミング
- 4 軸までの旋盤加工プログラミング
- 4 軸までのワイヤ放電加工プログラミング
- NC データ変換
選択する Creo Design パッケージによって、使用できる加工方法は異なる点に留意が必要です。
Creo は設計プロセスの効率化に役立ちます。Creo のメリットや機能を紹介する資料についてもぜひご覧ください。
設計を効率化する3D CAD 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PLM ツール活用事例
ここでは、Creo と Windchill を組み合わせて、3D CAD データ管理を効率化した事例を紹介します。
UD トラックス
設計開発現場の QDC 向上に向けて、Creo と Windchill を組み合わせ、設計部門が Creo で構成した情報と、生産部門で流通する部品表などのデータ統合に着手しました。構築したデジタルモデルでデジタルモックアップ自動化と製品管理を行い、これらのデータを生産部門とシームレスに共有しています。この結果、設計初期段階で問題を発見できるようになり、製品品質の向上や、後工程での手戻り削減を実現しました。
最新のデジタル技術と共に歩む壮大な「DXジャーニー」で、物流と製造の明るい未来を創るＵＤトラックス
荏原エリオットエネルギー
従来はファイルサーバー上で複数の担当者が 3D CAD データを同時編集していたために、データの正しさが大きな課題でした。3D CAD 導入によって日々増大する 3D CAD データの効果的な管理や、品目 BOM をコアとしたデータ管理を目指し、Creo と Windchill を組み合わせることで、70％の業務効率アップを実現しています。AR を活用したデザインレビューによって、製品の検証時間等の短縮にもつながっています。
Creo・Windchill・Vuforia を駆使して DX を推進、更なる価値提供を目指す
下記に PLM を活用して製品ライフサイクル全体を最適化した企業の導入事例を紹介しますので、こちらもぜひご覧ください。
【導入事例】