株式会社デジタルシアター

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〒130-0013 東京都墨田区錦糸1-2-1

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デジタルトランスフォーメーションについて

◆ 「2025年の崖」と対策について

経済産業省のDXレポートが、発表から1年経った今もなお話題です。同レポートでは、デジタルトランスフォーメーション(DX)への取り組みの重要性に言及し、もしDXが進まなければ「2025年以降、最大で年間12兆円の経済損失が生じる可能性がある」と警告しています。この問題は、社内のシステムの老朽化や管理者の引退などによるシステムのブラックボックス化が危惧されることを予想しています。ただこの問題は、エンジニアリングチェーンにおいては海外で解決されています。それは、国際標準化機構(ISO)が定義した長期保存方法であり、アセンブル構成は、XML言語(AP242XML)です。このAP242XMLは、様々な3Dデータやドキュメントデータをリンクします。またPDM間のトランスレータとしての機能も持ちます。イメージは、最初にCADから3D図面が出力された場合に、基本的なAP242XML+STEPデータを出力します。この出力は、「3D Evolution」でしか実行できません。出力されたAP242XMLに追加ドキュメントのリンク情報を付け足します。仮に図面を描いたのであれば図面情報(PDF)をリンクします。こうしてe-BOMが完成し長期保存されます。この長期保存方法は、型式認証の一部で航空宇宙産業では、エアバスのA350移行に開発された機種については義務となっています。次に工場側ではe-BOMから必要な部分を切り出しファクトリーシミュレーションを行い、必要な情報をリンクしm-BOMとします。このファクトリーシミュレーションを行うときに、3Dプリンターで製造する部品が考案されます。m-BOMが完成するとe-BOMへアップデートを行い長期保存データとします。このe-BOMやm-BOMの形状を確認できる3Dビューワは、「3D Analyzer」しかありません。AP242XMLは、テキストデータですので、いざと言うときは手動で編集ができます。人的ミスを防ぐには、編集ソフトを作成しておいた方が良いでしょう。ヨーロッパでは、2018年からこのような運用を行い、製造業の工数が半減したと言われています。ダイムラー社では、2016年から2018年にかけて2ヶ月に一車種づつ、マイナーチェンジまたはフルモデルチェンジを行い、新しいプロセスに問題ないことを世界にアピールしました。複雑なシステムを構成するとコストが掛かり、結果は大したことはありません。エンジニアリングチェーンやサプライやチェーンを有効活用するためには、「3D Evolution」と「3D Analyzer」は必要となります。


◆ 海外のDX問題解決は、国際標準化機構のSTEP AP242

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、設計データからワンクリックで梱包設計データや包装形状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。

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◆ 3D図面・BOM・長期保存のプロセス関係

長期保存形式は、国際標準化機構(ISO)がAP242XML+STEP AP242と定めています。このフォーマットは、アセンブル情報をXMLであるAP242XMLを使用することになっていますので、CADから出力されないBOMの様々な情報は、AP242XMLに記述します。外部のPDFなどのファイルを使用したければファイルとのリンク情報を記述するようにします。編集のユーザインターフェイスは、各社簡単な言語でメンテナンス性が良いものを開発すると良いでしょう。いざと言うときは手動で変更できます。変更した情報を長期保存データに更新できるような仕組みも必要となります。これらの機能は、提供されません。

3D図面・BOM・長期保存データの関係

決まった3D図面の方向性

◆ 3D図面の決定事項

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。


◆ 3D図面の決定事項まとめ

- 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


◆ 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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◆ CADデータ変換容量は無制限 ...インダストリー4.0の基礎技術

例えば数十万点を超える3Dデータ変換は、パソコンの能力を超えており無理です。しかしながら3D図面を運用するためには、その障害を超える必要があります。「3D Evolution」は、大容量CADデータ変換を実現しております。その方法は、まずアセンブル情報のみを読みとります。当然ながらパートのリンク情報も読取り変換します。変換するフォーマットは、CADフォーマットであればCATIA V5データ・NXデータです。中間フォーマットであればJTデータ・STEPデータです。3Dデータ長期保存やBOMを考慮してAP242XMLデータにアセンブル情報を保存します。アセンブル情報の変換が完了したらリンクされているパートファイルを一個ずつ変換することで大容量3Dデータ変換が完了します。日本ではAP242XMLの取り扱いに不自由しますが、既に「3D Analyzer」というマルチ3Dビューワがリリースされていて表示や検証がでいます。BOMは、AP242XMLで記述されることにより部品の切り出し整理が自由です。これらの情報は、第四次産業革命(パラダイムシフト)の中心的な情報となります。現在、CADでは、AP242XMLを扱うことは難しく、トレランスの変更やPDQチェック(ISO:10303-59)も実行できないため、「3D Evolution」が航空宇宙団体(LOTAR)やドイツ自動車工業会(VDA)の「3D図面の変換」を行っています。

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◆ 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」・「3Dデータ軽量化」・「3Dデータ保護化」・「3Dデータ外形化」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「曲面オフセット」、接触部分を除外した「干渉チェック」、それらの「3Dデータ変換」、PL法対策の「CADデータ長期保存」を行います。「CADデータ長期保存」で作成された3Dデータは、BOMとして使用されます。「3Dデータ軽量化」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、梱包設計データに使用する領域計算を行います。「3Dデータ外形化」の梱包設計データ支援は、設計が完了と同時に梱包設計データ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データは、製造が終了したタイミングで製品を測定して梱包設計データを行っています。「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」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

◆ CT Core Technologie社のご紹介

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。


◆ 新製品:パワフルな3Dプリンターソフトのご紹介

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。