日経ものづくり/体質改善3D設計 第4回 設計プロセスの再定義 ~3次元CADの特性を生かす~

技術ディビジョン・コンサルタント 待寺 裕一

 

前回(2010年6月号)は、3次元設計の強固な基盤づくりとして、3次元モデルの作り方を統一することについて説明した。これは、3次元モデルを 新規に作成する作業だけではなく、3次元モデルを流用・修正する作業の効率化も目的としたものだ。3次元モデルを設計意図や技術/ノウハウを格納する器、 つまり3次元設計プロセスにおける共通言語として使うために必要不可欠な取り組みである。
今回は、この基盤づくりの次に取り組むべき活動テーマについて解説する(表1)。ポイントは、どのようなプロセス(手法/手順)で3次元設計を進めるか、そのようなプロセスを定着させるには技術者に対してどのような教育を実施するか、の2つ。これで3次元設計プロセスの定着を目指す。
とりわけ、連載の第1回と第2回(2010年4、5月号)で紹介したプチアセスメントの結果が、「導入失敗型」「脆弱基盤型」「製品視点の改革先行型」と いった活動類型に分類された場合は、まず間違いなくこういった取り組みが必要だ。「環境構築途上型」「製品視点の改革先行型」と分類された場合でも、有効 な取り組みになる可能性がある。

 

■CADだけを置き換えてもダメ

 

「3次元CADを導入したが、作業が増えるばかりで手戻り削減や品質向上といった効果をあまり実感できない」という設計者は多い。その背景には、「設計プ ロセスと設計支援ツール(CAD)のミスマッチ」がある。従来の2次元設計の進め方を変えることなく、単にツールを2次元CADから3次元CADへと置き 換えたケースだ。
一般に2次元設計プロセスでは、構想設計段階で設計リーダーが計画図を作成し、構成部品についての基本的な仕様を検討する。その後、構成部品の各設計担当者が具体的な部品形状を決めるといった詳細設計を進め、後工程へ渡す図面を作成する。
この際、詳細設計の結果によって計画図を大きく修正する事態にならないよう、構成部品の寸法や形状などで他の部品に影響するところを、構想設計で具体的に 決めておく。こうすることで、構想設計と詳細設計を基本的に、シーケンシャルに進められるわけだ。構成部品のどの部分の何を構想設計の段階で決定しておく べきかというノウハウの蓄積が、2次元設計プロセスでは非常に重要なものとなっている。
ところが、このようなプロセスは2次元CADの特性に基づいており、3次元CADの特性とは相性が悪い。例えば、2次元CADでは線を少しずつ描き、つな ぎ合わせて部品形状に仕上げていくことができる。このため、計画図はどこから描き始めてもよいし、部品形状にあいまいな部分が残っていても作業は進められ る。
一方、3次元CADでは、当然のことながら3次元形状が決まっていないものは表現できず、例えば「部品の左半分はこんな感じだが、あとは後日考える」と いった状況を3次元モデルにすることはできない。部品単位である程度完結した形状を作成しなければならないのだ。さらに、詳細設計での修正や次機種などで の流用に配慮したモデリングも求められる。
つまり、計画図の代わりとなるアセンブリモデルを作成するのに、必要以上に大きな手間がかかってしまう。結果、詳細設計を開始できるタイミングが遅くなったり、構想設計と詳細設計の不整合が大きくなったりといった問題が発生する。
逆に、(本来はあってはならないことだが)詳細設計での修正作業に配慮しないで作成されたアセンブリモデルは、その理解にも、モデルの修正にも時間がかかる。
このような問題を防止するためには、3次元CADの特性を生かした設計プロセス、つまり真の3次元設計プロセスへと再構築する必要がある。

 

■依存関係を事前に整理する

 

具体的な活動としては次のようになる。
まず、ポイント。対象製品における従来の設計手順を確認し、設計時に行っている検討事項を明確化する。次に、各検討事項の間の依存関係を整理し、最も効率的となるように設計手順を見直す。これは、部品やユニット間の依存関係を整理することにもなる。
アセンブリを構成する部品やユニットの大きさや位置は、少なからず相互に影響し合う。例えば、部品の外形を決める際には、隣接する部品とのクリアランスや スペースの取り合いを考慮する必要があるし、機能部品を配置する際には、その機能の実現に不可欠となる設置位置の制限もある。
このような部品間/ユニット間の依存関係が、構想設計段階では明確でなければならない。前述のように、2次元CADでは依存関係に気が付いた部分から作図していけばよいが、3次元CADでは各部品単位で形状を完成させていかなくてはならないからだ。
そこで、3次元設計プロセスの構想設計におけるモデリングを開始する前に、部品間/ユニット間の依存関係を整理しておく。つまり、構想設計段階で確定させておくべき部分、別の言い方をすれば、詳細設計で基本的に変更させない部分を明確にしておく。
その上で構想設計としてのアセンブリモデルを作成し、詳細設計を開始する。こうすることで、構想設計との大きな不整合を心配せずに、詳細設計を進めることができる。

 

 

依存関係で表現しきれなかった部品間の関係は、3次元CADの機能を使ってチェックすることも可能だ。多くの3次元CADでは、アセンブリモデルに構成部 品のモデルを組み付けておけば、各設計担当者が詳細設計した結果をアセンブリモデルに自動的に反映し、進ちょく確認と全体の整合性チェックを随時行う機能 が備わっている。このような機能を活用することで、部品間の不整合を監視し、解決するという設計リーダーの作業や負荷を低減できるし、詳細設計の担当者が ムダな作業を続けることもを防止できる。
ただし、これを行うには設計リーダーと詳細設計担当者が、方針や意図を共有していなければならない。そのため、詳細設計担当者に構想設計段階の早い時期から設計に参画してもらうことが肝要である。

 

(続きは、下記よりPDFをダウンロードしてご覧ください)
 

出典:PDFを含む掲載記事は、日経BP社『日経ものづくり』 2010年7月号 p77~81「体質改善3次元設計」より、日経BP社の了承の下、掲載しております。

 

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