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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パラダイムシフトについて

◆ パラダイムシフトは、3Dデータ変換から始まった

パラダイムシフト、いわゆる第四次産業革命ですが3D図面の普及によりその実力を発揮しています。設計・製造・物流の時間短縮、つまりコストが大幅に削減されています。ハイエンドCADでも出来ない自動車ボディ面のオフセットや接触を除外した干渉チェックがバッチ処理で行われています。干渉チェックをパスした3Dデータをアセンブル情報は、国際標準化機構(ISO)が開発したAP242XMLに変換し、パーツデータは業界によって違うフォーマットに変換しています。航空宇宙産業は、PMI付きSTEP AP242フォーマット、ドイツ自動車工業会はJTフォーマットに保存しています。3Dデータが主になった3D図面のプロセスは、図面プロセスと違い人的工数が大幅に下がります。従って残業は0、週休3日制の話があり、時間的余裕ができると仕事の取り組み方も変わってきています。BOMの管理もAP242XMLのXMLデータを管理することで容易に行っています。物流では、設計データから1クリックで梱包設計や包装設計の空間形状が簡単に作成できます。3D図面の運用において日本の設計・製造・物流より工数が大幅に削減され、設計データを3Dデータとして長期保存しているため製造者としての責任を果たすことが出来ています。弊社は、3D図面で使用されている3Dトランスレータの「3D Evolution」や3Dビューワの「3D Analyzer」の販売を行っています。どちらもISOの開発したPDQ-Sで3Dデータの品質管理を行っているため変換トラブルを防ぎます。


◆ CADの3Dデータ変換は使えない

30年以上、CATIAのサポートを行ってきました。日本自動車工業会(JAMA)のPDQや3D図面、長期保存、同一性検証などWGに10年位参加してきました。完成車メーカに対するPDQコンサルを2社に対して行ってきました。それでも3Dデータ変換のトラブルを抱えていました。今回、3D図面を調査して3Dデータ変換のトラブル原因が明らかになりました。トラブルの原因は、PDQに定義されている問題で微小面・ねじれ面・重複面とトレランスです。トレランスは、CADシステム毎に違います。例えばCATIA V5でCATIA V5データをSTEPに変換してSolidWorksでSTEPをインポートするとエラーになりやすいことになります。CATIA V5のトレランスは0.1mm、SolidWorksのトレランスは0.0254mmです。但しCATIA V5データの殆どは0.01mm程度の誤差に収まっていますが、最大で0.1mmまで認めています。従って部分的にトリム解除等が発生します。またCADには、微小面は良く発生します。これは計算上仕方のないことですが、トレランスより幅などが微小な面があるとエラーとなります。トレランスの違いや微小面のエラーは、作成された3Dデータ毎により異なり、変換が成功する場合や失敗する場合があり混乱します。よくループバックテストを行いました。ループバックテストは、CADで変換したSTEPデータ等を同じCADで読込んで変換できるかどうかを検証します。重要部品ほど結構な確率で失敗します。これは微小面などPDQに関する問題です。例えばCATIA V5でソリッドを分解して接合を行うとやはり結構な確率で失敗します。原因は、やはりPDQに関する問題です。ヨーロッパの3D図面は、3Dデータ変換が失敗するようでは成功しません。まずは、3D図面データのトレランスを0.02mm、PDQ問題をクリアにすることを行っています。このPDQは、ドイツ自動車工業会(VDA)が40年間あたためてきた考え方をCT Coretechnologieが、プログラム化したものです。それを国際標準化機構(ISO)は、10303-59 PDQ-Sとして発表しています。3Dデータの変換が、安定的に成功させる手順は、「3D Evolution」を使用して「3D Evolution」のトレランスを0.02mmに設定します。次にバイナリー解析技術で高速・高精度に3Dデータを読込みます。「PDQチェック」を行います。PDQのエラーに対しては「PDQ適正化」でエラー修正を行います。微小面は、削除され隙間が発生します。その隙間を「ヒール」で再トリム計算を行い修復します。以上の手順が3D図面の変換手順です。


◆ バイナリー解析技術で”モノづくり”が変わる

CT Core Technologie Groupは、3Dデータの入出力を確保するためバイナリー解析技術によりCADインターフェイスを開発しています。このCADインターフェイスにより、大容量CADデータの長期にわたり安全で正確な高速変換が可能となります。このバイナリー解析技術で開発されたCADインターフェイスは、30種類以上のCAEソフト(MSC Software‥)やCAMソフト(Open Mind Technology‥)で採用されています。仮にこのバイナリー解析技術がなければ、3D図面や長期保存も実現が難しく第四次産業革命0の実現が不可能です。バイナリー解析技術により、CADの種類やバージョンに影響を受けることなく3D図面と長期保存により工数削減に成功しています。航空機産業や自動車産業に於いて、自社の開発品を数十年先まで保存しBOMとして使用しています。数十年先にCADデータを扱うときにCADメーカのライブラリーを使用を考えるとCADメーカがライブラリーを提供してくれるのか?またCADメーカが存在するのか疑問視されています。従ってCADデータがあれば読むことができるバイナリー解析技術が重要視され、ヨーロッパや中国では、バイナリー解析技術をベースにモノづくりが考えられています。その顕著な活動が、第四次産業革命とよばれています。日本国内の製造業は、製造工数やコストが半減化されたヨーロッパや中国と競争しています。

バイナリー解析技術

3D図面について

世界の3D図面の動向として決定したことが二点あります。まず第一点目は、3D図面の品質基準、第二点目は、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団体(LOTAR)はエアバス社、ドイツ自動車工業会(VDA)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図面の品質基準は、LOTARもVDAもVDAが、1980年代から運用しているVDAチェッカーを国際標準化機構(ISO)がプログラム言語で定義したPDQ-S(ISO 10303-59)をリリースし運用しています。第二点目は、LOTARは、STEP AP242、VDAは、JTフォーマットを選択しています。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のサーフェイス曲面方程式や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データは親和性が高いです。CATIA V5データをJTデータに出力する場合は、サーフェイス方程式の変換、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。従ってフランスの例では、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することでトラブル回避できます。これらの殆どの処理は、「3D Evolution」で実行しています。

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◆ 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。まず設計データを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。この問題を解決したのがバイナリー解析によるCADデータの読込みです。CADデータに特別な変化が無い限り、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、3D図面は、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(JAMA)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で運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(ISO 10303-59)です。PDQ-S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統一化しています。3D図面のトレランスが0.02mm、品質はPDQ-Sとすることで安定した変換結果が得られます。

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◆ 3D図面の統一事項

世界標準:3D図面のトレランスは、0.02mmで統一

国際標準:品質保証は、PDQ-S(ISO:10303-59)で統一

国際標準:長期保存は、STEP AP242(ISO:10303)で統一


◆ ドイツ自動車工業会(VDA)の3D図面化について

ドイツ自動車工業会(VDA)の3D図面化は、日本より遥かに進んでいます。国の主導によりドイツ自動車工業会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、接触を除外した干渉チェックができること、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。オフセット計算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。ドイツ自動車工業会の干渉チェックは、24時間体制で計算されます。車両一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、3D図面の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。それらソフトウェアの特徴は、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図面のネスティングによる3Dプリンターの効率化です。3D図面へ移行すると、3Dプリンターの効率性が見えてきます。3Dプリンターの効率性とは、金型が必要かいなかの検討です。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の説明です。「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適正化」・「軽量化」・「機密保護化」・「外形化」を行う「3Dデータの効率化」、CADでは計算ができないオフセットを行う「オフセット」、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「CADデータの長期保存」を行います。「CADデータの長期保存」で作成された3Dデータは、BOMとして使用されます。「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。世界の製造業の梱包設計は、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「比較チェック」、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」などが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で自動車一台分の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適正化」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。「PDQ適正化」と「3D図面の変換」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図面の「3Dネスティング」で複数部品を一気に生産する必要性があります。この3D図面の「3Dネスティング」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。