機械動作を可視化し手戻りを削減する3DCAD活用 ＜機械設計3DCAD活用本＞

WhitePaper 『機械動作を可視化し、受注率向上と⼿戻りを削減する 3 次元構想』 製造業を取り巻く環境と、装置の複雑化 製造業の中には、これまで培ってきた技術を活かし、新規分野への参⼊を目指す企業も多い。加えて、 昨今の⼈材不⾜・⽣産コスト削減へ対応すべく、⼯場の省⼈化・タクトタイムの短縮を実現する装置開 発に取り組まれているかと思う。⾃動⾞業界を例に挙げると、電動化に対応した新たな部品や新たな製 造⼿法の開発、そしてロボットを多⽤することで製造の⾃動化を進めている。以上のように、装置に求めら れる動きや構造は、より複雑化していく傾向にあるだろう。 設計現場で起こっている問題 装置が複雑化することで、関係者へ仕様を正確に伝えることが困難になりつつある。例えば取引き先 に説明する場合、新たな構造や動作は特に共有が進まず、承認図の確定に時間を要すると聞く。また、 決裁者や購買部門との意思疎通が不⼗分で、受注から納品までの期間が⻑期化することもある。さらに は、取引き先が仕様を曖昧にしか理解しておらず、装置メーカと認識がズレたまま設計が進んでしまい、 出図直前に設計の⼿戻りが発⽣、実機組⽴後に⼿直しが頻発している、ということはないだろうか。 仕様説明時における取組と課題 取引き先へ装置の仕様を伝える際、競合他社よりも優位になるよう、機能要求の実現性を具体的に 提⽰すると聞く。そのため、設計者は装置サイズや各⼯程のタクトタイムなど、様々な要求仕様から装置 の構想を事前に検討している。そして、検討の過程で作成した 3 次元モデルや図⾯、Excel のタイムチャ ートなどを活⽤し、取引き先と認識のズレが起こらないよう⼯夫しながら、検討結果の説明を⾏う。以上 の取組みにより、装置仕様の早期確定を目指しているのではないか。 図 1 引き合い後の提案から受注までの流れ 1 © 2024 iCAD LIMITED

WhitePaper 3 次元モデルを活⽤して検討結果を説明することで、ワークの搬送経路や装置全体の構成、主要部 品のサイズ感、カバー・配線スペースなど、装置の構成や形状・スペースについて、取引き先との意思疎通 が図れるようになり、認識のズレは減少しているように思う。 ⼀⽅、装置の動作フローはどうだろうか。3 次元モデルに加え、Excel で作成したタイムチャートや、⼯ 程ごとの画⾯キャプチャを張り付けたパワーポイント等を⽤いて説明すると聞くが、正確には伝わらないのが 実状だ。動作仕様を共有しきれず、取引き先からの指摘による、設計⼿戻りや実機組⽴後の追加要望 に繋がりかねない。最悪の場合、失注する恐れも考えられる。 図 2 従来型の動作フロー説明イメージ 装置仕様が正確に伝わらない理由 先に挙げた⽅法では、装置の⼀連の動作フローが正確に伝わらないのは何故か。それは、各⼯程の ⼀時的な動作状態を切り取った画像では、⼯程間の動きを完全には表現できないからだ。この状態では、 タクトや動作精度など、機能要求に関わる機械動作を⼗分に伝えることができない。例えば、「⼯程間の 動作が理解できないため、装置メーカが提⽰したタクトタイムで動く理由がわからない」、「動作時、装置 の裏側に作業者が⽴ち⼊った時、危険ではないか︖保護カバーは付けられているか︖」といった疑問が発 ⽣してしまう。打合せの場で先の質問をされた場合、設計者は、事前に画⾯キャプチャを準備していなけ れば、その場で説明することも難しいだろう。 加えて、安全基準を満たしているかどうかを伝えることも重要だ。安全基準を満たすためには、異常系 の動作を検討する必要がある。例えば、「非常停⽌時の復帰動作として、すぐに全ての動作が停⽌する か」、「先に危険な動作を停⽌させたのち、ワークを所定の位置まで搬送してから停⽌させるか」などである。 しかしながら、正常系の動作フローを理解できていない状態では、エラーが⽣じうる動作まで想定すること は難しい。復帰⽅法を⽰しても、復帰するまでの動作フローを理解できないだろう。結果、取引き先から は曖昧な回答しか得られず、装置仕様の確定まで時間を要することとなる。 2 © 2024 iCAD LIMITED

WhitePaper 仕様検討プロセスの目指す姿 前項では、装置の 3 次元モデルだけでは⼀連の動作フロー（特に⼯程間の動き）が伝わらない問題、 そして異常系の動作まで想像できない問題を紹介した。以上の問題を解決し、装置仕様を早期に確定 させるには、どうすればよいか。それは、3 次元モデル上でタイムチャートに沿った⼀連の動作を再現し、初 回打ち合わせから提⽰することで解決できると考える。設計データを⽤いて動作を共有することで、取引き 先と認識のズレを解消し、装置仕様を早期に確定させる。これにより、実機組⽴後の指摘や追加要望を 削減することができるだろう。 図 3 仕様検討プロセスの目指す姿 装置の仕様検討に求められる CAD 要件 では、設計データを⽤いて初回打合せから動作を共有するために、装置仕様を検討する道具として、3 次元 CAD に求められる要件について考察する。 まず、機構やタイミングが決まってくるにつれて、形状と同様に、動き・タイムチャートも詳細化できること が重要だ。具体的には、打合せを実施しながら徐々に確定する装置仕様について、⼀連の動作フローを 確認しながら、形状と同様に、動き・タイムチャートも都度修正しながら詳細化できなければならない。 図 4 装置仕様の詳細化プロセスと CAD 要件 3 © 2024 iCAD LIMITED

WhitePaper また、設計で作られた 3 次元モデルを、誰でも確認できるデータで提⽰し、決裁者まで展開する必要 がある。装置の仕様を早期に確定させるためには、取引き先の担当者だけでなく、決裁者や購買部門に 対しても、確実に、スピーディーに、伝えることが重要だ。そのためには、設計データから⼿間をかけずに説 明⽤のデータを作成できることが求められる。3 次元 CAD 内でタイムチャートに沿った装置の⼀連の動き を表現できれば、そのまま動画データを作成し、より確実に装置仕様を伝えることが可能だ。シミュレーショ ンソフトで⼀連の動作フローを作成するほど、悠⻑な時間はない。 図 5 設計情報の動画化と関係者への共有 打ち合わせ初期から⼀連の動作フローを可視化する効果 最後に、打合せ初期から⼀連の動作フローを可視化する効果について挙げていく。 まず、機能要求に関する指摘・確認事項を早期に抽出できることだ。⼀時的な動作では想像が困難 であった⼯程間の動作を、取引き先へ正確に伝えられるようになる。これにより、タクトや動作精度など、 機能要求を実現できる装置仕様であるかどうか、指摘・確認事項に気づくことが可能だ。出図直前に発 ⽣していた、取引き先からの指摘・要望による設計変更を、設計の初期段階で抽出できるだろう。 図 6 機能要求に関する指摘・確認事項の抽出イメージ 4 © 2024 iCAD LIMITED

WhitePaper また、装置全体の⼀連の動作フローを理解できるため、正常系の理解だけでなく、異常系の動作を想 定し、対策ができるようになる。安全基準を満たしているか、設計の初期段階で確認でき、装置仕様の 早期確定に繋がる。異常系も 3 次元 CAD 上で実際に動かし、共有することが可能だ。 図 7 異常系の動作確認と対策 まとめ 本資料では、『機械動作を可視化し、受注率向上と⼿戻りを削減する 3 次元構想』と題し、装置全 体の⼀連の動作フローを取引き先に伝える重要性について紹介した。まとめると、機械動作の可視化に は、以下のような効果を得られると考える。 ＜装置全体の動作フローを可視化するメリット＞ ・ 打合せ初期から機械全体の動作フローを可視化することで、装置仕様に関して取引き先 との認識のズレが解消される ・ 担当者および決裁者や購買部門にも装置仕様を確実に伝えられるため、装置仕様を早 期に確定でき、受注率、受注スピードのアップが⾒込める ・ 設計⼿戻り、実機組⽴後の指摘や追加要望を削減でき、⽣産ロスの削減および、設計/ 製造リードタイムの短縮が⾒込める 本資料が、機械装置設計に携わる⽅の情報収集にご活⽤いただければ幸いである。 5 © 2024 iCAD LIMITED