eBOOK　設計者主導の開発プロセス高速化ガイド

「解析待ち」のボトルネックを解消！ 設計者主導の 開発プロセス高速化ガイド �DEXPERIENCE CATIA 「MODSIM」ソリューション 開発全体の手戻りの大幅な削減と高速化を実現 �DEXPERIENCE CATIA 「MODSIM」ソリューション

はじめに 日々の製品開発で、「解析待ち」に時間がかかるという課題に直面していませんか？ 設計者が CAE 担当者に解析を依頼し、結果が出るまで数週間を要する非効率な プロセスは、開発スピードを妨げる大きな要因です。 INDEX 本 eBOOK では、EV 部品開発の事例から学ぶ、設計者自身が開発を加速させる なぜ、開発が「解析待ち」で止まってしまうのか？ 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮3 ための新しいアプローチを解説します。 設計者主導の高速開発プロセスを実現する「MODSIM」ソリューション 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮4 設計者主導の開発を強力に支える 3 つの機能 �DEXPERIENCE CATIA が提供する「MODSIM」ソリューションが、 　➀ トポロジー最適化 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮5 いかにして従来の開発における課題を解決し、あなたの設計業務に新たな可能性 をもたらすのか、事例を交えて解説します。 　➁ 設計解探索 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮6 　➂ VRP（Test Manager）　〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮� なぜ、既存部品の設計流用では時間とコストが膨らむのか？ 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮8 「設計流用の呪縛」から解き放たれるには 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮9 MODSIM が導く、固定概念を超えた「最適な形状の創出」 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮 10 「設計者主導の高速開発プロセス」実現に成功した企業の共通点とは？ 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮 12 まとめ 〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮〮 13 �

なぜ、開発が「解析待ち」で止まってしまうのか？ 製品開発において、CAE（Computer-Aided Engineering）は欠かせない 工程です。しかし、多くの企業では、この解析プロセスが、開発全体の “解析待ち”というボトルネック リードタイムを長期化させる大きなボトルネックとなっています。 従来の開発プロセスでは、まず設計者が CAD データを作成し、CAE 担当者 作業 L/T が長い に解析を依頼。CAE 担当者は、このデータをもとに FEM（有限要素法） モデルを作成し、強度解析や振動解析といった専門的なシミュレーション 作業 L/T の影響大 作業L/T � 日～4 週間 を実施します。 設計者 CAE 担当者 この一連の作業には、製品によって 3 日から 4 週間、自動車部品のような 点数の多い製品では月単位の時間がかかることも珍しくありません 。 CAE 依頼 CAD データ 変化点を 部品間結合 FEM 作成 強度解析 授受 確認 を確認 さらに深刻なのは、解析結果が出た後に問題が見つかった場合です。 振動解析 CAE の検証では、金型要件や組立要件といった、CAE では検証しにくい要件 衝撃解析 があるため、すべての技術的要素を網羅できるわけではありません。 FEM 作成 熱流体解析 そのため、解析結果をもとに設計者が形状変更を行った後、再び CAE 担当者 がその変更点を細かく確認し、再解析を行う必要があります。 FEM 作成 樹脂流動解析 この「トライ＆エラー」の繰り返しが、開発スケジュールの遅延と、担当者 の肉体的・精神的な負担を増大させてしまうのです。 �

設計者主導の高速開発プロセスを実現する 「MODSIM」ソリューション 従来の「解析待ち」という課題を根本から解決するのが、 設計業務と解析業務を融合した「MODSIM」という考え方です。 この「MODSIM」という考え方は、製品開発の初期段階で設計者が自らシミュレーションを行い、 CAE 担当者は最終確認と検証に集中するという、役割の最適化を目的としています。 このプロセスにより、開発全体の手戻りの大幅な削減と高速化が実現します。 この革新的なプロセスを可能にするのが、3DEXPERIENCE CATIA における「MODSIM」ソリューションです。 特に以下の 3 つの機能が、設計者主導の開発を強力に支えます �� �� �� トポロジー 設計解 VRP 最適化 探索 （Test Manager） �

設計者主導の開発を 実現する 3 つの機能 01 トポロジー最適化 従来の設計プロセスでは、過去の経験や既存の形状という制約にとらわれがちでした。 トポロジー最適化は、このような先入観や固定概念を無くすアプローチを可能にします。 •設計者は成立性のある形状にするために、何の制約が問題なのかを早期に気づくことができる •設計者は荷重や固定位置などの要件と、形状を創出できる「設計空間」を定義するだけで、その条件を最大限に満たす最適な形状案を自動で創出できる 過去の制約から解放された、斬新で合理的な形状を設計の初期段階で生み出すことが可能 設計空間 解析条件/形状条件 条件毎の形状案 ・設計空間 ・複数案検討 ・CAD モデル化 トポロジー最適化による デザイン案の創出 設計空間 複数案検討 CADモデル化 モデル作成の設計可能領域 解析/製造などの複数案条件設定 斬新な形状案創出 �

設計者主導の開発を 実現する 3 つの機能 02 設計解探索 多くの設計者は、性能に影響するパラメータ（板厚、幅、高さなど）を変更するたびに、手作業で解析を繰り返しています。 しかし、設計解探索機能を使えば、パラメータの上限と下限を設定するだけで、数百パターンの計算を自動で実行できます。 •設計者は計算された結果を多角的に分析し、質量、応力、変位といった複数の性能要求を同時に満たす最適な形状案を効率的に見つけ出すことができる •最適化された形状は、そのまま設計データとして利用できるため、余計なデータ変換作業の必要がない 性能評価による高品質設計の実現 パラメータスタディ 設計解探索 最適案の選出 Heig H h ole Len T t g h t i h ckness CADパラメータモデルを 板厚パラメータは 繰り返し処理 白枠内は性能要求 質量･変位･応力への 質量･応力･変位･周波数 または最適化処理で形状変更 (応力･変位)を満たす 寄与率が最も大きい それぞれの組合せ結果から選定 �

設計者主導の開発を 実現する 3 つの機能 �� VRP（Test Manager） 製品開発を行う上では、SPEC など要求事項があります。 設計者は要求を達成できるように設計し、設計したものを試験して要求を達成した製品なのかを確認します。 �DEXPERIENCE CATIA・SIMULIA の統合化により、 「VRP（Test Manager）」ライセンスによる、製品要求に基づいた品質保証の V＆V（Validation & Verification）を実現します。 •要求の情報、設計のデータ、具体的には CAD データそして試験データ、CAE の結果と、実際の製品の試験結果を関連付けてデータ管理する事が可能 •「試験結果に該当する CAD データはどれか？」、「過去の、この要求を達成した製品はどれか？」　という調べ方をする事が可能 物理テストと仮想テスト両方を管理することで、品質保証の V&V を実現 Validation 要求 設計 試験 実装 （妥当確認） 重量0.6kg以下 体積×比重≦0.6kg以下 正しい成果物を 開発しているか？ Z方向荷重時55MPa以下 ���N印加時の最大応力≦60MPa 製品原価が500円以下 体積×材料費≦500円相当 ❶ 製品を治具に取り付ける。写真を撮る & ❷ プッシュプルゲージで印加する ❸ 写真とFSカーブのCSVを出力する ❹ 置き治具とプッシュプルゲージを戻す Verification （検証） A B C A B C A B C B 正しく成果物を ! 開発しているか？ �

なぜ、既存部品の設計流用では時間とコストが膨らむのか？ 製品開発において、過去の部品や製品を流用する「設計流用」は、一見すると効率的な手法に思えます。 しかし、多くの企業でこの流用設計が、かえって時間とコストを増大させる「負債」となってしまうケースが少なくありません。 その主な原因は、以下の 3 つに集約されます。 原因 ➀ 原因 ➁ 原因 ➂ 製品開発の背景を 要求変更を満足する ゴールが見えない 理解しないまま流用設計を進める 形状が存在しない トライ＆エラーの繰り返し 納品先が同じメーカーだから、似たような製品 流用元の部品が、新しい要求（例：軽量化、剛性向上） 流用設計で問題が発覚した場合、設計者は CAD 修正と だからといって、過去の部品を安易に流用して を満たせない場合、その性能を確保するためには CAE の実行を何度も繰り返すことになります。何が しまうことがあります。 大幅な設計変更が必要です。 問題で性能が出ないのか、どの制約が影響している しかし、求 められる要求は製品ごとに異なり、 元の形状が持つ制約が多く、単なる寸法変更や のかが明確でない場合、その改善検討はまさに 特に EV のように電動化や電装設計が大きく変化 部分的な修正では対応できず、結局は最初から 「ゴールが見えない」状況に陥ります。 する分野では、同じに見えてもまったく異なる 設計し直すのと同じくらいの工数がかかってしまい この何度も発生する手戻りは、設計者の肉体的・ 制約が加わります。 ます。 精神的な負担を増大させるだけでなく、開発全体の 遅延に直結します。 �

「設計流用の呪縛」から解き放たれるには この「形状流用の呪縛」から解放されるためには、過去の設計資産を有効に活用しつつ、新しい要求を確実に満たすための、 新しいアプローチが必要です。 その際、重要になるのがベースモデルの選定です。流用する過去モデルが現在の設計要求を満たすポテンシャルを持っているかどうかを 設計初期段階で慎重に見極めることが成功の鍵となります。 この選定作業を支援するのが、MODSIM ソリューションの「VRP（Test Manager）」です。 これらのツールを活用することで、設計者はV字プロセスに沿って仮想環境で設計意図を可視化し、シミュレーションで性能を検証、 その結果を体系的に管理できます。 Requirements TEST Product ❶ VRP/Test Manager を用い、　要求・設計・CAE・試験データから ❹ リスクと弱点を比較した上で開発ベースモデルを選定 ❶ ベースモデルの選定 ❷ MODSIMのトポロジー最適化を用い、バイアスや固定概念を払拭、 成立性の高い形状（構造/部品）をシミュレーション ❷ Functional Sub-Assy ❸ ❸ 作成した形状を元に、 性能に影響を受ける寸法を変更しながら最適な 形状を作り込み ＊寸法もパラメータとして最適形状を設定できるのが MODSIM 技術の強み Logical ❹ 要求に達した製品になっているかを CAE 担当者に依頼して確認 Physical Part ＊従来に比べ、既に十分な検証を行った上での依頼となるため、省力可能 安易な流用による手戻りを未然に防ぎ、本当に価値のある過去の資産だけを新しい開発プロセスに活かすことが可能 �

MODSIM が導く、固定概念を超えた 「最適な形状の創出」 それでは、MODSIM がどのようにして、非効率な設計流用やトライ＆エラーの繰り返しから私たちを解放するのか、 具体的な事例を見ていきましょう。 ここでご紹介するのは、EV 部品である自動車の足回り部品、ロアアームのトポロジー最適化検証事例です。従来の開発手法で設計された 過去機種のロアアームと、トポロジー最適化で導き出された新設計案を比較することで、MODSIM がもたらす革新的な価値が明確になります。 設計案創出 トポロジー最適化検証 過去機種設計案 新設計案 MODSIM のトポロジー 設計空間＋条件設定 評価項目 最適化機能によって 導き出された成果 •新設計案は過去機種に比べて 質量(kg) �.� �.��� ��％ 軽量化 質量を約 20 %軽量化しながら、 トポロジー最適化 どうやって 剛性を維持 1次固有振動数(Hz) ��� ��� �％ 改善 ❶ 品質向上 •さらに、最 大 応 力 も低 下して ❷ コストダウン Z方向荷重時最大応力(MPa) ��.� �� ❸ 設計の効率化 おり、より高強度な部品に進化 最大 �％ 低下 ❹ 要求を満たせるのか Y方向荷重時最大応力(MPa) ��.� ��.� コンセプトシェイプ 従来の設計者が「このくらいの肉厚が必要だろう」といった経験則や、 過去の設計形状という固定概念にとらわれず、ゼロベースで最適な形状を追求した結果 ��

MODSIM が導く、固定概念を超えた 「最適な形状の創出」 トポロジー最適化のプロセスの 3 つのステップを解説します。 ステップ ➀ ステップ ➁ ステップ ➂ 「設計空間」の定義 トポロジー最適化の実行 「CADモデル」の生成 まず、モデル作成が可能な領域全体を「設計空間」 条件設定が完了したら、計算を実行します。　　 最後に、最適化によって導き出された形状を、 として定義します。これは、部品が物理的に存在で このプロセスは、計算の進行状況をライブ感覚で ワンクリックでネイティブ CAD データに変換します。 きる最大のボリュームです。 確認でき、形状が少しずつ変化していく様子を この機能により、データ変換の煩雑な作業が不要 その後、荷重がかかる位置や固定される位置とい 見ることができます。 になり、設計者はそのままのデータを使って次の った「解析条件」、そして製造上の制約（対称性、 今回の検証モデルでは、60 サイクルで計算が行われ、 工程に進むことができます。 板厚など）を詳細に設定します。 50 サイクルで要求を満たす形状が得られました。 実際の画面操作デモはこちらからご覧ください この一連のプロセスを通じて、過去の設計にとらわれることなく、 性能要求を確実に満たす最適な形状を最短で生み出すことが可能 ��

「設計者主導の高速開発プロセス」実現に成功した 企業の共通点とは？ 当社が支援し、開発プロセスの改革に成功した企業には、ある共通点があります。 それは、単にツールを導入するだけでなく、「業務を根本から変革する」という 明確なビジョンと強い意志を持たれていたことです。 そこで当社は改革の実現に向けて、以下の 3 つのステップで推進することをおススメします。 GOAL(本番運用) 本格導入の前に、実際の業務を想定したテスト運用を行い、効果を検証します。 STEP➂ この事前検証が、導入後の成功を確実なものにします。 本番を想定して検証 自社の課題と照らし合わせ、このツールが業務改善にどう寄与するのか、 STEP➁ 具体的な運用イメージをチーム内で共有し、方針を固めましょう。 ビジョンを具現化 STEP➀ まずは、無料の体験セミナーなどを通じて、実際にソリューションに触れ、何ができるのか、 触って体験 どう役立つのかを肌で感じてください。 このステップを踏むことで、ツールを最大限に活用し、業務プロセスの変革というゴールにたどり着くことができるようになります ��

まとめ 従来の開発プロセスに潜む「解析待ち」という課題から、 MODSIM が実現する「設計者主導」の高速開発、 そして具体的な成功事例までを解説しました。 •「解析待ち」のボトルネックを解消し、開発リードタイムを短縮 •「設計者の先入観」を超え、性能を最大化する最適な形状を創出 •「流用の失敗」を防ぎ、過去の資産の効果的な活用が可能に ��

セミナー「 TRY! �DEXPERIENCE シリーズ」 開催中！ アルゴグラフィックスでは、設計者主導の高速開発を肌で感じていただくために、 ハンズオン形式の無償体験セミナー「TRY! �DEXPERIENCE シリーズ」を開催しています 。 このセミナーでは、お客様のニーズに合わせた 3 つのコースをご用意しています。 初級編 価値編 MODSIM 編 �DEXPERIENCE CATIA の �DEXPERIENCE CATIA がもたらす 本 eBOOK でご紹介した、CAD と CAE の 基本的な機能をお試しいただけます。 設計業務のメリットを体験できます。 連携を実際に体験できます。 詳細・参加申し込みはこちら 東京・名古屋・大阪・宇都宮会場においてお客様のご要望に応じた個別開催も承っております。 ぜひお気軽に、お問い合わせください。 株式会社アルゴグラフィックス 各種ご相談窓口 ��-����-���� 〒���-���� www.argo-graph.co.jp 東京都中央区日本橋箱崎町5-14 アルゴ日本橋ビル e-mail marketing@argo-graph.co.jp ��