設計現場目線で3Dデータ活用を考える：3D設計推進者の眼（3）（1/3 ページ）
機械メーカーで3次元CAD運用や公差設計／解析を推進する筆者から見た製造業やメカ設計の現場とは。今回は3Dデータ活用について考える。
これまで「設計改革とは何なのか」「設計者CAEとは何なのか」と題して3D設計への取り組みと、最近よく見聞きする設計段階のCAEの必要性とその課題に触れ、3D活用のロードマップについても少しだけ紹介をさせていただきました。その中で、「3D CADと3Dデータは、全社を結ぶコミュニケーションツールであり、インフラである」とお話ししました。今回は、どのような場面で3D CADと3Dデータというツールを使えるのか、私のような産業機械分野で働く者が、現実的な場面に沿って考えてみます。
設計審査と3Dデータ
詳細設計を行った後、ほとんどの会社ではデザインレビュー（DR：設計審査）を実施します。
ISO（International Organization for Standardization：国際標準化機構）ではDRを行うことが定義されています。2D CADを使用した場合は、プロジェクタで2D CAD画面を投影したり、紙図面を出力してこのレビューが行われますが、3D CADを使用した場合はどうでしょうか？
私自身も3D CADで設計した装置の三面図を紙に出力してDRをしていた経験があります。部品であれば、そこに一般公差や幾何公差を記した部品図としてDRを行うことは可能です。また機械製図が分かる人にとっては、三面図で書かれた図面には何の問題もありません。
また2000年に入ったばかりの3D CADは、現在と比べて隠れ線や中心線の製図機能が不十分でした。当時は装置内のユニットと呼ばれるアセンブリの3Dモデルから三面図を作成した場合、それらを非表示にすることが多かったものです。故に、3D CADによるアセンブリの視認性は十分ではありませんでした。ましてや装置全体となれば、三面図にできるのは外観のみになり、3Dモデルをアイソメ図のように使用することがほとんどでした。これでは精度の高いDRはできません。もしかしたら、2D CADよりも劣っていたかもしれません。
3D CAD立ち上げ時にはこの問題に着目しました。「せっかく3D CADで設計しているのに、そのDRは2Dだ。何かおかしい？」と。
DRでの視認性だけを考えるのであれば、モニターやプロジェクタで3D CADデータを映してレビューを実施することで、参加者がその形状を理解することが容易になると考えました。
設計の成果物とは何でしょうか？ ドラフターに向かって手描きの組図を書いていた時代と、3D CADを使用してモデリングをしている現在も、その成果物は変わっていません。以下の通りです。
- アセンブリを示す組図
- パーツを示す部品図
- 構成を示す部品表（BOM：Bill of Materials）
出図される部品表は「設計部品表（E-BOM：Engineering BOM）」とも呼ばれ、これら3つが代表的な成果物だと考えます。これら情報は装置の保守保全に至るまで、会社内を異なるシステム間を連携しながら、ずっと流れていきます。この言い方の方が「PLM（Product Life-cycle Management）」より分かりやすくはないでしょうか。
着目点は次のようになります。
1．全ての部門で3Dデータを使いたい
- DRでの利用（2D→3D）
- 組立での使用（2D→3D）
- 取り扱い説明書での利用（2D→3D）
- 営業プレゼン資料（装置完成後の写真→3D）
詳細設計で3Dモデルができてしまえば、その直後から使用することができます。DRに関していえば、DR前にモデルを公開できれば、事前に問題点の指摘を受けることも可能なので、DR後の大幅な設計変更を回避できると考えました。
2．3Dデータのリソースは1つにしたい
何かの使用目的のために、特別な3Dモデルを作成したりすることは合理的ではありません。3Dデータの元データは1つとする、つまりそのままの3D CADデータを使うか、3D CADデータを変換して3Dビュワーデータにして使います。
3．各部門で作成する文書も3Dベースにしたい
設計図面情報に基づいて作成されるような文書を3Dベースにすることによって、誰が見ても理解できる視認性に優れた文書が、設計終了の時点で作成可能です。
4．異なるシステムとの連携がしたい
装置の最小単位は部品です。生産管理システムで管理する内容も、部品表ベースでの部品情報が必要になります。せっかく3D CADの属性としての情報を持つのであれば、2D CAD時代のテキストベースの情報ではなく、3D CADデータの属性を設計工程以降のシステムに受け渡すことができるのです。これもまた、3D CADでBOMが作れてしまえば、その時点から連携が可能になります。
これらを検討する上では、設計とそれ以外の部門へヒアリングを行い、設計内外の問題を抽出しています。また、各部門でどのような成果物が、どこに保存されているのか、それらがどう部門間で連携しているのかといったことも調べています。これらはワークフロー図として「見える化」をしています。
何か問題があって、その課題と対策を考えたとき、どうしても局所的な対応を行いがちです。上図のように、鳥瞰的に検討することが重要です。
ワークフロー分析から分かったこととしては、「属性情報の利用価値」があります。
2D CADや手描き図面はテキストベースの情報しか持ちませんが、3D CADは多くの属性情報が持てます。例えば、2D CADにおける部品表情報はテキストデータなので、基幹システムのBOMにその情報を記載しようとしても、コピー＆ペーストしかできませんでした。
一方、3DCADにおいては、アセンブリの階層構成、パーツ情報からなる部品表情報を基幹システムのBOMに対して、伝達することが可能です。これにより、M-BOMやメンテナンス用のBOMも、1つのE-BOMをベースにして作成可能となります。
またこれらの構成情報が、詳細設計の3D形状とリンクしながら全て見られるのであれば、さまざまな文書が3D形状ベースで作成可能となり、これまでアイソメ図やテキスト情報、または実機写真でなければ表現できなかったものが、詳細設計完了、またE-BOM作成完了直後より作成可能となるわけです。社内をつなぐコミュニケーションツールとして優れているという点は、ここにもあります。
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