設計課題のトップ 2 を解決 ： 構想検討・設計検証不足、 非効率なバリエーション検討 ～ PTC Creo Layout、PTC Creo Flexible Modeling などの人気アプリを具体的なユース ケースでご紹介～

PTCジャパン CAD事業部 テクニカルディレクター 芸林 盾

2012/12/12

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業界・業種・顧客経営ニーズ (昨今の製造業)

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日本の製造業での強みは、研究開発力の根源である技術力 また、技術力だけでなく、フロントローディングによるＱＣＤ改善にも注力

資料：経済産業省調べ（2012年2月）

【付加価値が高い・低いと考えられる工程（主力製品別）】

出典：ＰＴＣ独自調査（2012年6月）

【我が国ものづくり産業の重要な設計プロセス】

検証

フロントローディング

製品ＱＣＤの 70%～80%決定

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構想設計の現状と重要性

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2D構想

最適化設計

技術計算

CAE

類似設計 ダイレクト構想 バリエーション設計

アイデア ・デザイン

製品開発初期業務に必要な取組み

初期開発が重要！

多数のアイデア企画出し

ノウハウを活かした要件検討

技術計算の見える化

多バリエーション検討

2D構想検討

設計者解析増大

製品QCDの７０％～８０％が決定

QCDへの影響度が高い

顧客毎仕様設計検討

企画・構想設計 仕様検討

検討図のモデル化

柔軟な設計モデル編集

コスト・強度限界設計

生産性設計

技術文書作成

過去部品の再利用

自動化設計

他社CADデータ利用

品質・コスト

類似製品設計

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2D構想

最適化設計

技術計算

CAE

類似設計 ダイレクト構想 バリエーション設計

アイデア ・デザイン

取組み業務における課題

初期開発が重要！

多数のアイデア企画出し

ノウハウを活かした要件検討

技術計算の見える化

多バリエーション検討

2D構想検討

設計者解析増大

顧客毎仕様設計検討

検討図のモデル化

柔軟な設計モデル編集

コスト・強度限界設計

生産性設計

技術文書作成

過去部品の再利用

自動化設計

他社CADデータ利用

類似製品設計 沢山のバリエーション 検討が出来ない

同じようなモデルが沢山存在する

デザインアイデア数を増やせない

企画・構想設計 仕様検討

・柔軟な変更が出来ない ・他社CADデ編集出来ない

・限界設計が難しい ・解析結果の返答に時間がかかる

製品QCDの７０％～８０％が決定

QCDへの影響度が高い

品質・コスト

技術計算内容(エクセル)の中身が見えない

最適設計モデルの検討に繰り返し時間がかかる

構想検討と詳細設計が つながっていない

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PTC Creoでの品質・コスト作り込み

企画・構想初期段階での品質・コスト作り込み

2D構想

最適化設計

技術計算

CAE

類似設計 ダイレクト構想

バリエーション設計

品質・コスト

技術計算ノウハウの見える化

多仕様からの バリエーション開発

どんなCADデータも変更可能

類似製品の 効率設計

2Dでの検討と3Dモデルの融合

設計目的からの 最適化設計

限界設計と 品質の作り込み

企画・構想設計 仕様検討

※ 品質・コスト成長曲線

アイデア ・デザイン

多デザイン アイデア作成

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・構想検討・設計検証 ・バリエーション検討

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構想検討・設計検証

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＜プリンタ＞

紙送り機構などを全て

2次元で構想を行い、

過去の製品断面などが

それに利用される。

業種・製品(構想が2次元設計)

2次元断面で計画・構想図を かいている業種・製品

＜工業用ロボット＞

回転機構部は全て2次元で

構想設計を行うが、全体構想

は3次元。よって構想の

2次元と3次元の

融合が重要。

＜ドライブトレイン＞

全て構想は2次元で行われる。その後3次元で

詳細設計をするが、設計変更は3次元で行わ

れることが多い。

本来は2次元での

変更が理想。

＜その他製品 / 企業＞

・回転機構が多い製品

・ベテラン構想設計有能者が3次元を

使えないが製品全体は3次元設計

＜工作機械＞

回転機構部分は現在も2次

元構想が主流で行われて

いるが、全体構想や詳細

設計はは3次元で行われ

ている。

・断面の構想を重視する製品

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現状プロセスと課題

＜2Dでの構想設計＞

構想設計

2D構想設計

詳細設計

3D詳細設計

構想設計者

詳細設計者 2D図面

・2Dと3Dがつながっていない為 2D データをいかした詳細設計が出来ない

✖ 修正

修正

・構想と詳細の変更がお互いにいきわたらない為、開発期間が長くなる

✖

✖

・流用率が低く、過去のノウハウを生かせれない

・3D構想設計をしていなく、後からの手戻りが発生する

・構想を迅速に行うことが出来ず、ニーズにあった多数検討が出来ない ・過去アイデアやノウハウをいかすことが出来ず、創造性が伸びない

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提案プロセスと解決できる課題

Creo Layout

2D構想

3D詳細設計 2D図面

3D構想

構想設計 詳細設計

構想設計者

詳細設計者

・過去の3Dモデルの断面や2D断面図を利用した構想設計

修正

・全ての工程に置ける変更も連携によりミスのない全更新

・3D構想モデルがあるため 前倒しで詳細設計が可能に

Creo Parametric / Direct

修正

・簡単に3Dモデル作成を行い、初期解析による精度の高い構想設計

・連携した２D・３Dツールで変更ミスのない高品質設計 ・過去のノウハウを生かした創造性の向上 ・ニーズにあったたくさんの構想検討による競争力の強化

＜2Dでの構想設計＞

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ユースケース

例：タービンの設計概要

②自動計算された数値をもとにMAP情報更新

①客先仕様によりローター部の形状情報を自動計算

③自動計算によって構築されたローター形状をもとに車室形状を2次元CADで設計

④2次元CADで設計された情報を基に車室をモデル化

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ユースケース

レイアウト

モデル

図面

構想形状情報 位置情報

詳細形状情報

図面情報

変更内容

変更内容

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現状プロセスと課題

Pro/E

Mechanica

図面化 X

他CAD２D 図面

Pro/E スケッチャー

・過去の設計図面を取り込んだ検討が出来ていない ・連携していない ・構想での変更が伝わらない

・納期に追われ複数案検討が十分に出来ていない ・レビュー用の２D詳細図作成に手間がかかる

詳細設計

＜３Dでの構想設計＞

・解析のためのモデル修正に 時間がかかる

3D構想

Pro/E

・3Dの構想が柔軟に出来ない ・参考図の取り込みが難しい ・線の要素数が多いとレスポンスが 遅く検討か出来ない

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過去の様々な図面を重ね合わせ

ユースケース

詳細設計

解析

図面化 3D構想

詳細設計 ２D/3D構想

Creo Layout / Creo Direct

Creo Parametric

連携

2D CAD 図面 Pro/E

3D 断面

2D構想

・レスポンスが早いため複数 案検討が容易に出来る

・過去の設計図面の流用が 容易に出来る

・複数案検討をすばやく３D ワイヤーフレームに出来る ので３D構想が容易になる

・モデル修正がダイレクト機能で素早く出来る

充実した複数案検討の実現 過去のノウハウを取り入れた精度高い設計

3D構想

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• ダイレクトモデリングを利用した部品形状検討 – 多くのアイディアを瞬時に試すことができる

– 複数の形状モデルの検証し、一番良いものを選択 • 必要なもののみパラメトリックに変更し直す

• 工学計算ソフトにて設計仕様を詰める – 工学計算ソフトと３Dの連携で、設計仕様を守った設計をおこなう

– 構想設計の設計根拠を保持する

ユースケース

その他のユースケース

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バリエーション検討

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顧客ニーズの多様化 ～日本基準の製品開発の崩壊～

国内仕様の製品企画から海外市場用にチューニングする製品開発では、 海外の客先ニーズを完全には捉えきれない。

現地特有ニーズの例・・・

販売店やｻｰﾋﾞｽ拠点からのﾆｰｽﾞの収集と製品情報と関連付けて管理する環境が必要

強度のある 洗濯機

ジャガイモを洗濯機で洗うので 壊れやすい

風向調整と リモコン不要

年中暑いので冷風を直接人に当てる。また、一日中つけっぱなしなので

リモコン不要

鍵の付いた 冷蔵庫

夜にメイドが冷蔵庫の食品を 食べてしまう

メール機能の ない携帯電話

文字を読めない国民が多い為、メールは使用しない

左サイドミラーがない車

都市部では車線通りに走行しないことが多く、追い抜きの為にサイドミラーをたたんだまま走行する車が多

い

コーランが 聞こえるテレビ

礼拝の時刻に合わせてコーランが自動的に流れる。

日本の常識では 想像も付かないニーズが

存在している

28℃

新興国の ニーズは？

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•絶えず増加する多くのバリエーション – 多くの小さなセグメント市場の増加

– 顧客による固有の製品構成

•新規バリエーションのためのエンジニアリングコストが非常に高い – 反復的な製品開発プロセスの手順を合理化

– 新しいものを作成するよりむしろ、既存部品の再利用の容易さを増す

– 販売機会やチャンネルごとに複数の製品を管理するための高いコスト

•製品ファミリの効果的な品質管理が困難 – 効果的に顧客との設計案を検討

– 製品ファミリ全体の変更による影響をトラッキング

– 製品オプションを販売構成システム（ERP）と同期させる

•新規バリエーションのコストに対する洞察不足 – 正確なコスト·モデルは、収益性を確保

– 価格へのコストの不確実性を減らすことが競争力を高める（勝率を高める）

•タイム・トゥ・オーダーの目標が達成できない – 新規バリエーションの提供が競合他社より遅い

バリエーションに関する課題

2.5 V6 TDi

3.0 V6 TDi

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製品バリエーション構成の管理における課題

増加する製品バリエーションへの対応を効率化するには？

機種毎の Excelファイル

etc

オーダー 3: オーダー 2:

オーダー 1:

• ATI Video Card • Seagate 250 GB

Disk Drive • Pentium 5 CPU • CD-RW / DVD-R

オーダー毎の 製品構成を生成

ひと依存度の大きい構成管理

調達システムとの 連携は？

仕様と制約条件の整合性は？

構成情報の正否は？検証は？

機種間の 依存関係は？

仕様変更、設計変更時の対応は？

代替部品、代用部品などの管理は？

設計データ（CADデータ）の再生成・整合性は？

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• ユーザーのニーズは？ – どんな可能性もあるデジタルモックアップであっても・・・・

– 解析、設計、もしくはドキュメントなどの潜在的なバリエーションの成果物としての

CADデータが必要

– バリエーション設計において必要な能力

• CAD ベースのアセンブリツールは複雑な構成設定のある製品を支援できない – あらゆる種類の製品構成を作成、調査、解析できない

– 下流成果物（ジオメトリなし）の迅速な作成を支援できない

– 製品構成を組み立て現場で検証している状態

– PLM と CAD の間に繋がりが無い

• ロジックが共有されない

• 配置情報が欠落している

– CAD データは、PLMの複雑さに対処できない

バリエーション設計・生成時の設計者の課題

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300車両トラックバリエーションの部品種類を12000部品から6000-7000部品に削減して市場投入

世界同時不況の２００８年 営業利益率14%、純利益率10%

ポイント – モジュール同士がぴったり合うような標準化が課題 – 顧客注文に応じた設計はしない（バリエーションで対応） – 製品の多様化を絶対的に尊重（バリエーションで対応） – 特注仕様も生産設備だけは共通に – 管理指標は密度指数（＝共通部品種類数÷構成部品種類数） – アウトソーシング型モジュール生産は不採用 – モジュール化によるコスト効果 影響は、製造そのものを超えて流通機構とアフターサービスまで波及 （部品の製造コストは種類を半減、製造数量2倍で約10%下落、 部品の発注・保管による流通費も約10%低下）

A社のバリエーション戦略

トラック・バスメーカー（EU）

後部車両モジュール

Source: WZL RWTH Aachen

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現在の課題

© 2012 PTC

＜取組み/業務＞

□ 沢山のアイデアからの商品企画化

□ 多くのニーズを取入れたバリエーション検討

□ ニッチトップ技術を活かした次世代設計

＜課題＞

□ 沢山のアイデア企画が出来ていない

□ グローバルを見越した多機種開発が出来ていない

□ 再利用が進まず、部品の種類が増える

製造 検証 詳細 構想 企画

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ユースケース

© 2012 PTC

製造 検証 詳細 構想 企画

＜将来の姿＞

□ 企画段階で各地域のデザインアイデアを沢山検討出来る

□ 製品構成の中に無数のバリエーション製品を持たせての

検討が出来る

□ 仕様ベースでCADのアセンブリの組み合わせが出来る

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Creo Options Modelerの前に…

モジュール化の効果

問題点 改善ポイント

・標準設計とオプション設計のルールがない ・製品仕様の乱立、開発方針の不明確さ ・手配構成が不明確でルールがない ・製品構成がモジュール対応になっていない （設計の視点、購買の視点、生産組立の視点）

・設計思想のルール化、インターフェス管理 ・「標準モデル」の確立、仕様のメニュー化 ・手配構成の標準化（標準ｖｓオフションの切り分け） ・製品構成がモジュール化 （設計の視点、購買の視点、生産組立の視点）

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PTC Creoでの品質・コスト作り込み

企画・構想初期段階での品質・コスト作り込み

2D構想

最適化設計

技術計算

CAE

類似設計 ダイレクト構想

バリエーション設計

品質・コスト

企画・構想設計 仕様検討

※ 品質・コスト成長曲線

アイデア ・デザイン

Copyright © 2012. PTC. All rights reserved.

Freestyle

Mathcad

Options Modeler

Direct / FM Parametric Layout

BMX Simulate

Creoからのソリューション群

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生産性に関するベンチマーク結果: Creo 2.0 と Pro/ENGINEER Wildfire 5.0の比較

第三者の独立系コンサルタント会社による調査結果

73% 作業時間が短縮 51%

マウス移動距離が減少 57% 開いているメニューが減少 49%

マウス クリック数が減少

8 つの主要分野におけるベンチマーク パフォーマンス 総合的な 使いやすさ

スケッチ 大規模

アセンブリ 意匠デザイン

板金設計 3D

断面図 3D

アノテーション 測定

ぜひ、Creo 2.0へのアップグレードを！

l iveforum.ptc.com