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製造業の製品開発を進化させるCAE技術の動向

レンテックインサイト編集部

IT Insight 製造業の製品開発を進化させるCAE技術の動向

画像素材:Adobe Stock

製品開発をスムーズに行うためのCAE技術が、さらに進化しています。製造業ではDXへの取り組みが進められており、その影響で、デジタル上でシミュレーションを行うCAEの重要性が高まっているのです。

この記事では、CAEとはどういうものか、どんなメリットがあるのかに触れた上で、CAE技術の最新動向を紹介します。

CAEとは?

CAE(Computer Aided Engineering)はコンピュータを使った設計技術やソフトウェアのことであり、仮想の試作やシミュレーションを実現します。主に製品設計や工程設計のために用いられており、製造業には欠かせない存在です。

かつての製造業では、設計した製品を実際に作って評価するまで、その設計の良し悪しが分かりませんでした。そのため、何度も設計と試作を繰り返しながら改善していく必要があり、製品開発にかかる時間とコストが負担になっていました。

それを大きく変えたのが、CAEです。CADデータを作成してCAEでシミュレーションを行うことで、実際にモノを作らなくても設計の妥当性や性能が評価できるようになりました。あくまでも机上でのシミュレーションのためCAEで完璧な評価はできないこともありますが、それまで必要だった都度試作品を作って評価するというプロセスを省略できるようになり、製品開発のスピードを大幅に短縮することに成功しました。

CAEを使って仮想の試作やシミュレーションを行うことは「デジタルプロトタイピング」とも呼ばれており、製造業の発展を支援しています。

CAEでは、CADデータを元にしてさまざまなシミュレーションができます。その代表的なものをいくつか紹介します。

応力解析

製品に何らかの力が加えられた時に、どれくらいの応力がかかるのか、どれだけ変形するのかをシミュレーションします。主に、製品の耐久性を評価する目的で行われます。

熱伝導解析

製品の温度や熱の伝わり方を計算し、適正な温度を保っているか、熱をうまく逃がせているかをシミュレーションします。特に自動車部品や電子部品の設計において重要とされる解析です。

流体解析

空気や水、ガスなどの流体の流れ方や速度、圧力などをシミュレーションします。自動車の空気抵抗や空調使用時の室内の気流、設備の冷却機構の気流を測る用途などで用いられます。

振動解析

製品を振動させた時に、どれくらい変形するのか、どのくらい共振するのかを評価できます。振動は製品の強度に関係するだけでなく、使用時の快適性にも影響するため、自動車や家電製品などさまざまな製品で振動解析が行われています。

CAEを活用するメリット

CAEを活用することで、製造業は以下のようなさまざまなメリットを得ることができます。製造業ではDXへの取り組みが進んでおり、製品開発の現場でもデジタル技術を活用する動きが目立ちますが、CAEはその中心になる技術です。機械工学や計算工学といったCAEを扱う上で欠かせない知識を身に着け、的確な条件設定と解析結果の分析ができる技術者を多く育成することで、製造業企業は製品開発でのDXを実現できるでしょう。

製品開発にかかる時間とコストを削減する

CAEを活用することで、製品開発にかかる時間とコストを大幅に削減できます。新製品のシミュレーションを現物で行うとなると、試作品の作成、試験場所の確保、試験の実施とさまざまな準備が必要になります。シミュレーションをするたびに時間とコストがかかりますが、CAEであればCADデータを準備して各種条件を設定するだけでよく、デジタル上でシミュレーションが完結します。

現実には行えない条件であってもシミュレーションできる

CAEでは、現物の実験では行えない条件であってもデジタル上でシミュレーションできます。たとえば、気温などの周辺環境が極端に変化する場合の評価を現物で行う場合は専用の施設が必要です。しかし、CAEであれば条件設定を変えるだけで簡単にシミュレーションできます。

データを元にした質の高い製品開発ができる

CAEを使うことで、製品開発の質を高める効果もあります。CAEでシミュレーションをすれば、微妙な設計変更や条件変更による性能の変化を数値データで確認できます。どこをどのように変えると性能に影響するかが分かるため、製品開発がしやすくなるでしょう。また、品質保証の観点からも、明確なデータを元にして開発しているので保証がしやすくなります。

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CAEの最新動向

CAEは日々進化しており、今までにない機能を持ったソフトウェアや関連技術が開発されています。

たとえば、CAEとVR(仮想現実)を組み合わせる技術があります。これは、CAEでシミュレーションした結果をVRデバイスを使用して見ることで、リアルなサイズ感を確かめたり、実際の実験現場と近い感覚を再現できるというものです。CAEの課題として、シミュレーション結果をコンピュータの画面越しにしか確認できないため直感的に分かりづらいということがありました。しかし、CAEとVRを組み合わせることで直感的に把握でき、複雑な設計であっても効率よく進められます。

また、CAEとAIを組み合わせる技術も注目されています。これは、AIがCAEでのシミュレーション条件を自動で最適化してくれるというものです。従来、CAEを使いこなすためには工学的な知識や条件設定のノウハウといった高度なスキルが必要とされていました。そのため、CAE解析は専門の担当者に任せている企業も多くあり、誰でも使える技術ではないというのが実態でした。しかし、CAEを使う人のスキルをAIが補ってくれるようになれば、誰でもCAEが使えるようになり、製品開発力の強化につながるかもしれません。

このように、高性能かつ使い勝手のよいCAEが登場することで、これまで以上に活用場面が広がっていくでしょう。CAE技術のさらなる進化に期待したいものです。

CAEを活用して自社の製品開発を進化させましょう

製造業のDXと密接に関わるCAE技術は、需要の増加に伴って継続的に進化しています。高性能で使いやすいCAEが普及して誰でもCAEを活用できるようになれば、企業の製品開発力は飛躍的に向上するでしょう。

自社の製品開発力を高めるために、CAEを積極的に活用していただきたいと思います。

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