3D図面(3DAモデル)の考え方

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3D図面(3DAモデル)の考え方

3D図面(3DAモデル)の考え方

欧州の製造業(特に航空宇宙産業・自動車産業)は、3D図面(3DAモデル)の運用に取り組みインダストリー4.0を目指しています。3D図面(3DAモデル)の目的は、労働生産性の向上・設計資産の継承・PL法等の法的対応です。日本国内でも3D図面(3DAモデル)に対する動きが出てきていますが、技術や仕組みが不足しています。3D図面化の技術や仕組みは、10年先、20年先を見据えた長期的に持続可能なものでなくてはなりません。欧州諸国では、確実に3D図面化が進み製造業の利益率と労働生産性が上昇し、国民一人当たりのGDPが上昇しています。3D図面化により2次元図面工数の削減や干渉チェックの確実な実行で設計・製造コストは50%減と言われています。3D図面化に成功したダイムラー社のCEOは、「2016年は、ダイムラー社始まって以来の素晴らしい年になった。」とのインタビューがありました。その3D図面化成功のキーワードは、JTフォーマット化・複合面の板厚化・車両1台の干渉チェック・設変通知・ダイレクトモデリング・機密保護化・軽量化・梱包形状化です。日本の労働生産性は、先進国最下位ですので改善の余地は大いにあります。

3D図面
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3D図面のタイプ

● 3D図面(3DAモデル)(3Dモデル + PMI情報)

3Dデータに3Dアノテーションを付加する方法です。この方法は、欧州ではドイツ自動車業界(VDA)や航空宇宙業界で採用されています。ドイツ自動車業界はアセンブリ情報をXMLフォーマット、Brep情報をJTフォーマットで3D図面化を行っています。エアバス社は、CATIA V5データに3Dアノテーション付きで3D図面化を行っていましたが長期保存を考慮し現在は、STEP AP242の3Dアノテーション付きで3D図面を展開し、そのまま長期保存を行っています。JTフォーマットの長期保存については、内部情報をSTEP AP242に切り替えることでの対応を模索しています。


● 3D図面(3Dモデル)+ 簡易2D図面(公差情報と文字情報)

3Dデータと簡易図面のセットで出図する方法です。この方法は、現状から1歩進んだ方法でサプライチェーンが複雑な日本事情に合った方法と考えられています。複雑なサプライヤーチェーンを持つ国内では、紙図面は契約書の考え方があります。簡易図面には、公差情報と文字情報を記述し、製造現場で再利用が可能です。この方法は、3D図面化による工数削減効果がありながら現状の製造スタイルを崩さない方法で移行も容易です。


3D図面の前提条件

● 物理モデル(ソリッド化)を作成する

すべての3Dデータをソリッド化します。設計情報としてマスプロパティ情報は重要で、コスト計算・強度計算・シミュレーションに必要です。また干渉チェック計算においても物理モデルは必須です。ソリッド形状は、ビューワで確認した場合に誰でも視認が容易です。でも全社的にロボットシミュレーションや梱包設計等の後行程でソリッド形状は有益です。


● 干渉チェックを完了させる

3次元CAD設計のメリットは、3Dデータにより干渉チェックが可能となり、試作回数が減ることです。ところが3次元CADの性能はそのレベルに達していません。3D図面化を行う場合に干渉しているパーツを正とすることはできません。従って干渉チェックマストです。海外では、この問題を解決して3D図面化を行っています。キーテクノロジーは、バイナリー解析・アウタートレランス計算・オフセット計算です。バイナリー解析技術は、ビッグデータを高速に読み取る技術、アウタートレランス計算は、干渉部品を高速に検索する技術、オフセット計算は、部品を内側にオフセットすることにより接触部分を除外する計算方法です。これらのテクノロジーを実現可能としたのが3D Evolutionです。従って3D図面化には3D Evolutionは必須アイテムとなります。


3D図面のフォーマット

● STEPフォーマット(AP242)

航空宇宙産業(LOTAR)とISOが連携して開発した3D図面(3DAモデル)、長期保存まで対応しているフォーマットです。格納情報は、Brep、PMI、Tessellation、GVP、AVP情報が格納できます。GVP、AVPは、変換保証を行う情報でGVPは形状変換保証(Geometry Validation Property)、AVPはアセンブリ変換保証(Assembly Validation Property)です。アセンブリ情報は、XML言語によるBOM化が可能です。圧縮フォーマットもあり、拡張子はstpZです。


● JTフォーマット

ドイツ自動車産業(VDA)で使用されているフォーマットでJT Openで一般化を進めているフォーマットです。格納情報は、Brep、PMI、Tessellationです。Tessellation情報は、粗さを変えて3段階の情報を格納できます。アセンブリ情報は、XML言語によるBOM化が可能です。


● 注意)3次元CADフォーマットの生データによる3D図面(3DAモデル)はリスクがある

3D図面(3DAモデル)の目的は、全体的な工数削減と設計資産の保全を計ることです。3次元CADのネイティブフォーマットで3D図面(3DAモデル)を運用した場合に3次元CADのバージョンを合わせる必要があり、取引先全体で3次元CADインフラ整備コストが発生します。また3次元CADの統廃合により設計資産が継承されに難くなります。一般的な解決策として3D図面(3DAモデル)を中間フォーマット(STEPやJT)で運用することにより、3次元CADへの依存関係を断ち切ることができ、取引先では目的に合った3次元CADシステムの導入が可能です。この考え方はダイレクトモデリング等のモデリング手法が確立され、履歴情報がなくても設計変更や生技要件の付加が行えます。3次元CADのネイティブフォーマットで3D図面(3DAモデル)を運用する場合は、製品寿命が3次元CAD寿命より短い、または設計資産を継承する必要がない等の条件が必要です。航空宇宙産業、自動車産業においては3次元CADのネイティブフォーマットを利用した3D図面(3DAモデル)運用は、コスト競争力、PL法対策においてリスクがある運用方法と考えられます。航空機産業の3Dデータ保管期間は、50年以上です。50年以上耐えられる3D図面運用が必要となっています。最近の事例としてダイムラー社は、3D図面(3DAモデル)の運用を行いながら3次元CADの移行(CATIA V5→NX)を行い、設計工数削減(50%減、車種を倍増)、設計資産の保全、更に3次元CADコストの削減を実現しました。


3D図面(3DAモデル)運用の成功例

3D図面(3DAモデル)の成功例としてエアバス社とダイムラー社の情報があります。3D図面(3DAモデル)は、コスト削減に大きく寄与し、競合他社に有利に機能しますので3D図面(3DAモデル)の成功例の情報は非常に乏しくなります。


▼ エアバス社の3D図面(3DAモデル)

エアバス社は、現在メインCADとしてCATIA V5を運用しています。3D図面(3DAモデル)は、2016年8月以前は、CATIA V5にPMIを付加して3D図面(3DAモデル)を運用し、長期保存する場合はSTEP AP242に変換していました。2016年9月以降は、CATIA V5にPMIを付加し3D図面(3DAモデル)としてSTEP AP242で運用しています。前倒しでSTEP  AP242に変換することは、後行程でSTEPに対応している3次元CADシステムで仕事が可能となり、3次元CADコストの削減可能となります。変換保証はGVP、AVPで行い、長期保管年数は55年となっています。


▼ ダイムラー社の3D図面(3DAモデル)

ダイムラー社は、現在メインCADとしてNXを運用しています。3D図面(3DAモデル)は3D図面(3DAモデル)をJTフォーマットに変換しています。JTフォーマットには、変換保証機能がないためJTマスターとして変換されたJTフォーマットがマスターとなっています。ダイムラー社は、3D図面(3DAモデル)運用のテスト中にCATIA V5からNXへメインCADを移行しました。メインCADを移行しても3D出図以降の工程に影響がないことを確認したことになります。このことにより3次元CAD依存環境からの脱却とCADコストの削減が行われています。設計工数の削減効果により車種を増やしています。

3D図面(3DAモデル)の運用