株式会社デジタルシアター

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TEL.03-6853-6659

〒130-0013 東京都墨田区錦糸1-2-1

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3D図面の現状について

◆ 概要

世界の3D図面の動向として決定したことが三点あります。まず第一点目は、3D図面の品質を測定し修正を行う方法とツール、第二点目は、3D図面のトレランス統一、第三点目は、3D図面のフォーマットです。それらの運用テストケースとして航空宇宙はエアバス社、自動車はダイムラー社がテストを行い成果を発表し、2018年には運用を開始しています。まず第一点目の3D図面の品質は、航空宇宙も自動車もドイツ自動車工業会(VDA)が、1980年代から運用しているPDQチェックを国際標準化機構(ISO)がプログラム言語で定義したPDQ-S(10303-59)をリリースし運用に載せています。3D図面が流通した場合に、PDQ問題はコストに大きく響きます。PDQ品質が悪い3Dデータが流通した場合に、受け取った側で修正が発生します。下請け構造が3次、4次となれば修正技術もままならず、仕事が停滞します。この問題をISOが定義し3D図面の流通や長期保存で運用できるようにしています。第二点目のトレランスですが、CATIA V5とNXを対象に考えられています。CATIA V5は、最大0.1mmの誤差でもソリッド化が可能です。NXは、最大0.0254mmの誤差でソリッド化が可能です。この情報からCATIA V5データをNXデータに変換してソリッド化できるのは難しいです。従って3D図面や長期保存用のトレランスを決めました。そのトレランスは0.02mmです。0.02mmのトレランスで作成された3Dデータであればソリッド化難しくありません。第三点目は、航空宇宙は、STEP AP242、VDAは、JTを選択しています。エアバス社は、CATIA V5で設計したデータを出図でSTEP AP242の3D単独図にエキスポートしています。STEP AP242は、CATIA V5のサーフェス方程式やPMI情報に関して親和性を高めてあります。ダイムラー社は、NXで設計したデータをJTフォーマットにエキスポートしています。こちらもParasolid系なのでNXとJTは親和性が高いです。では、CATIA V5データをJTデータに出力する場合は、サーフェス方程式の変換、PMI情報の変換があり親和性は高くありません。PMI情報は、変換はできますがFontが変わるため、変換元データと変換先データを比較した場合に変換保証がとれません。従ってフランスでは、PMI情報を外し簡易図面で文字情報を渡しています。日本の場合もサプライヤー構造が複雑なため、3DデータはSTEP、文字情報は簡易図面にした方が変換などのトラブルを回避できると思います。但しCADデータをSTEPに変換する場合に、3D Evolutionを用いた場合です。エアバス社、ダイムラー社、ISOもすべて3D EvolutionのPDQチェック、PDQ最適化、3Dデータ変換、3Dデータ比較を3Dバッチ処理でテスト、運用しています。


STEPデータ保存

3D図面ツールとプロセスについて

◆ 3D図面化を成功するためには

3D図面は一時的なものではなく普遍的なものでなくては成功しません。まず設計データの3D図面に変換する場合ですが、CADライセンスに依存した変換方法では、CADのバージョンアップや別CADへの移行、CADメーカの廃業などの要因により変換結果に違いが生じ、後工程が成立しなくなります。従ってバイナリー解析によるCADデータの読込みが必要となります。CADデータに変化が無い限り、バイナリー解析で読みこむトラブルは発生しません。次にトレランスですが、Parasolidのトレランスである0.0254mmを参照し0.02mmとしています。日本の自工会で推奨している0.01mmでも良いのですが、変換時の3Dデータ修正が多くなるため0.02mmを採用するのがベターです。0.02mm以内の細いフェイスがあると変換できたとしてもソリッド化でエラーとなります。そのようなトラブルになる面を抽出するのがPDQ-S(10303-59)です。これの大元はドイツ自動車工業会(VDA)で30年以上運用実績のあるVDAチェッカーを機械語(プログラミング言語)にしたものです。なぜ機械語と申しますと、幅が0.02mmと規定されても測定方法が異なると値が異なるため、機械語で定義し品質基準を画一化しています。3Dデータの長期保存は、国際標準化機構(ISO)が開発したSTEP AP242に保存しておけば問題は発生しません。但し長期保存の考え方は浸透しているものの、航空宇宙産業では規定されていますが、自動車産業ではまだ規定されていません。

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◆ 3D図面の決まり事

3D図面の決まり事を遵守すると3Dデータ変換のトラブルはなくなり、スピーディな製造プロセスが展開されます。航空宇宙団体(LOTAR)は、航空機事故調査に長期保存データによる解析を行います。今後、自動車関連にもその考え方浸透していくものと思われます。

✔ 3D図面のトレランスは、0.02mm

✔ 3D図面の品質保証は、PDQ-S(10303-59)

✔ 3D図面の長期保存は、STEP AP242(10303)


◆ ドイツの3D図面化について

ドイツの3D図面は、日本より遥かに進んでいます。国の主導の元、ドイツ自動車工業会(VDA)が取り組んだ結果です。全ての始まりは、CADデータのバイナリー解析技術が進みCADメーカ依存体質から脱却したこと、CADでオフセットができない面をオフセットすることができること、長年育んできたCADデータ品質を測定するPDQツールが決まったことです。サーフェスのオフセットを高速に処理することで、可能になったことは、接触を除外した干渉チェックです。つまり形状を中心方向にトレランス程度オフセットした形状で干渉チェックを行うと接触部分は除外されます。この干渉チェックは、24時間体制で計算されます。車両1台の干渉チェックは、初回約8時間、2回目以降は変更ないパーツの干渉チェックを行わない為、1時間以内で干渉チェックは完了します。ダイムラー社は、3D図面の有効性を検証するため、2016年から2018年の8月まで2ヵ月に1車種のマイナーチェンジまたは新車種の発表を行い、有効性を証明しました。

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◆ 3D図面ツールについて

世界で運用されている3D図面ツールは、主にCADデータをSTEP AP242やJTフォーマットに変換を行う3D Evolution、3Dデータの検証を行う3D Analyzer、3Dデータに対して3Dプリントデータの作成やパッキングの見積を行う4D Additiveです。3D Evolutionと3D Analyzerの特徴は、バイナリー解析技術により、3Dデータがあれば高速にアクセスし、流用性をもたらした変換や検証が行えます。4D Additiveの特徴は、得意な3Dネスティングによる3Dプリンターの効率化です。これらソフトウェアは、長期保存フォーマットであるSTEP AP242に対応し、インダストリー4.0の最終目標であるオンデマンド生産をすることで労働時間を減らし製品の利益率を上げ、労働者に利益を分配するためにあります。

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◆ 革命的な3Dプロセスについて

3Dツールの設計・製造プロセスにおける使用方法です。3D Evolutionの特徴は、バイナリー解析技術により大容量CADデータの高速読込みです。読み込まれたCADデータに対して、3Dデータの品質を保証するPDQ最適化、3Dデータの軽量化・保護化・外形化を行う3Dデータ単純化、CADでは計算ができないサーフェスのオフセット・ソリッド化、接触部分を除外した干渉チェック、それらの3Dデータの変換、PL法対策の長期保存を行います。3Dデータの軽量化は、ロボットシミュレーションの高速化、保護化は、協調設計データの作成、外形化は、梱包設計に使用する領域計算を行います。外形化の梱包設計支援は、設計が完了と同時に梱包設計が可能なため大幅なプロセス短縮となります。現在の梱包設計は、製造が終了したタイミングで製品を測定して梱包設計を行っています。3D Analyzerは、3Dデータを検証するための道具で主に、設計変更の確認を行う3Dデータ比較、生技要件を検証する生技性チェック・ドラフトチェック・曲率チェック・投影チェックが1クリックで実行できます。3D AnalyzerのCADインターフェイスもバイナリー解析で出来ていますので、メモリーが32GのノートPCで自動車1台分の3Dデータが読込み可能です。

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開発したコアテクノロジー社(独)について

コアテクノロジー社を紹介します。コアテクノロジー社は、1998年の創業以来、CADデータの変換や軽量化などの機能を開発し続けています。特にCADが不得意な複合面のオフセット機能や干渉チェック機能を開発し自動車産業のインダストリー4.0を推進しています。また航空宇宙産業では国際標準化機構(ISO)のSTEP AP242の実装を行い運用されています。日本の製造業の遅れは、3Dデータの変換やPDQ最適化がスムーズに処理出来ない為、3D図面化が遅れていることが原因です。欧州は3D図面化が進んでいますが、PDQ最適化と3D図面変換が安定しているため3D図面化が進んでいます。欧州で3D図面化を担当しているのがコアテクノロジー社です。この会社のバイナリー解析技術、形状の数学的処理は卓越しています。CADの寿命と製品の寿命の長さを比較した場合に製品の寿命が長いため、バイナリー解析技術でCADデータを読取る技術が、製造業の長いプロセスに於いては必要です。コアテクノロジー社は、3D Evolutionと3D Analyzerを開発しています。



◆ 3Dプリンターを製造業のプロセスへ組込み

最新の3Dプリンターは、サポートが必要なくボクセルを使用し、STLデータの積層とは違い異方性の少ないパーツを作成することが可能です。生産性も飛躍的に向上ししています。更に製品を量産するためには3Dネスティング技術で複数部品を一気に生産する必要性があります。この3Dネスティング技術は、非常に高速に計算し3Dプリンターに必要なボクセルデータを出力することが可能です。また別の用途として物流の梱包見積もりの補助計算が可能です。