商用3D CAD製品カタログ

上流工程の全てが「CATIA」に詰まっている！　気軽に導入できるクラウド版も

ハイエンド3D CADの代名詞的な存在である「CATIA」。最新バージョンの「3DEXPERIENCE CATIA」では、ダッソー・システムズが提唱する「3DEXPERIENCEプラットフォーム」の上で動作し、「デザイン」「機械設計（エンジニアリング）」「制御（システムエンジニアリング）」に関する豊富な機能群を、CATIAという単一アプリケーション上で提供する。

公開 2017年08月04日 09時00分

更新 2019年01月10日 13時53分

著者

八木沢篤

[TechFactory]

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CATIAとは？［歴史］

　大規模アセンブリの設計・開発において力を発揮するハイエンド3D CAD。その中で、特に航空宇宙、船舶、自動車などの分野で存在感を示しているのがフランスDassault Systemes（ダッソー・システムズ）の「CATIA」である。

　CATIAは、もともとフランスの航空機メーカーDassault Aviation（ダッソー・アビアシオン）が自社航空機の設計のために開発したソフトウェアで、その開発部隊を中心に1981年、ダッソー・システムズが設立された。

初期バージョンの「CATIA V1」の画面イメージ（出典：ダッソー・システムズ）

　1980年代前半から80年代後半にかけて、CATIA V1／V2／V3をリリース。IBMメインフレーム上で動作するハイエンド3D CADとして、国内外の自動車や航空宇宙メーカーで採用を拡大していった。この当時はワイヤーフレーム／サーフェスモデルで3Dの形状を表現していた。そして1993年にリリースされた「CATIA V4」は、UNIXワークステーションで動作し、ソリッドモデルに対応した。

　1997年、ダッソー・システムズは米SolidWorksを買収し、Windows対応のミッドレンジ3D CAD「SOLIDWORKS」を手にする。CATIAとの製品統合は行わずに、CATIAとのすみ分けを維持しながらSOLIDWORKSブランドを継続。そして、1999年にWindows対応の「CATIA V5」をリリースする。自動車、航空宇宙、産業機械メーカーなどに採用され、日本では2001年にトヨタ自動車がCATIA V5の採用を決めている。

　その後、ダッソー・システムズのPLMソリューション「ENOVIA」（2006年5月に買収された米MatrixOneの製品）と統合された「CATIA V6」が2008年に登場。このタイミングでファイル管理の仕組みがファイルベースからデータベース方式に変更され、CATIA（CAD）、「SIMULIA」（CAE）、「DELMIA」（生産工程）などのデータが全て同じ基盤（ENOVIA）上で一元管理できるようになった。

　CATIA V6は、2014年にリリースされた「R2014x」から名称を「3DEXPERIENCE CATIA」に変更している。3DEXPERIENCE CATIAは、ダッソー・システムズが提唱する「3DEXPERIENCEプラットフォーム」の上で動作（データ管理はENOVIAが行う）し、「デザイン」「機械設計（エンジニアリング）」「制御（システムエンジニアリング）」に関する豊富な機能群を、CATIAという単一アプリケーション上で提供する。なお、3DEXPERIENCE CATIAはオンプレミスでの利用に加え、サーバやデータベース構築が不要で気軽にCATIAの最新環境が利用できるクラウド版の「3DEXPERIENCE CATIA on the Cloud」も用意されている。

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3DEXPERIENCE CATIAのターゲットと特長

　ダッソー・システムズは、「航空宇宙・防衛」「建築・建設」「消費財・小売業」「パッケージ製品・小売業」「エネルギー・プロセス産業」「金融・ビジネスサービス」「ハイテク」「産業機械」「医薬品・医療機器」「船舶・海洋」「天然資源」「自動車・輸送機器」の12産業に対して、豊富な製品ポートフォリオを有し、企業買収などを通じてさらなる拡充を進めている。こうした豊富な製品／ツール群の共通基盤として3DEXPERIENCEプラットフォームがあり、3DEXPERIENCE CATIAもその上で動作する。

ダッソー・システムズは、積極的に買収を行い3DEXPERIENCE上で動作する製品ポートフォリオを強化、拡充してきた（出典：Dassault Systemes）

　3DEXPERIENCE CATIAは単一のアプリケーションの中で、デザイン、機械設計、制御に関する機能群を提供することで、設計者だけでなく、デザイナー、組み込みエンジニアといった全ての関係者が、同じ統合された環境の中でシームレスに連携しながら業務（製品開発）を遂行することができる。

　機械設計については、もともとCATIAは航空機設計のための3D CADというところから発展してきたため、数十万点～数百万点という大規模アセンブリの設計に最適化されている。航空機以外にも、巨大豪華客船や大規模建造物といった部品点数の多い設計領域で活用されている。

「3DEXPERIENCE CATIA」の画面イメージ（出典：Dassault Systemes）

　制御に関しては、例えば、Modelica言語を使用し、製品の3Dモデルと制御ロジックを連携させて、挙動の解析・検証を行うといったことが可能となる。組み込みシステムと設計プロセスを統合することで、複雑化する製品開発を支援する。通常、3D CADと制御シミュレーションは別々のアプリケーションであることが多いが、3DEXPERIENCE CATIAはそうしたことを意識することなく、同一環境の中で専門分野をまたいだシステム開発を行うことができる。

　デザインについても、買収したRealtime Technology（RTT）の技術をベースとした高性能レンダリングエンジンをCATIAに取り込むことで、リアリスティックな表現を実現。最新バージョンの「3DEXPERIENCE CATIA R2017X」（原稿執筆時点：2017年7月）では、リアルなレンダリングが施された状態のまま3Dモデルを編集することが可能になり、製品の最終イメージを意識しながらインタラクティブに形状の変更が行える。

3DEXPERIENCE CATIA、この機能に注目！

　最新の3DEXPERIENCE CATIA R2017Xでは、ネイティブデータからヘッドマウントディスプレイ「HTC Vive」への出力をサポート。CATIA上で設計した3Dモデルをそのままシームレスに、HTC Viveの仮想現実空間上に映し出すことができる。例えば実物大の自動車の3Dモデルを表示して没入型の仮想現実体験をすることで、シートに座ったときの感覚や内装のリアルなイメージをつかむことができ、設計検討や修正の効率化が図れる。一般的なVR活用の場合、3D CADで設計した3DモデルをVR環境向けに変換する必要があるため、変換作業の時間的・工程的なロスやデータロスが生じる。しかし、3DEXPERIENCE CATIA R2017Xではそうした手間を一切掛けずに、CATIAの環境からそのままVR体験が可能となる。しかも変換して最適化（軽量化）されたものではなく、生の3D CADデータであるため、外見だけでなく内部構造の確認などもできる。VR環境でデザインレビューをし、そのまますぐに修正を反映して、再度VRで確認するといった利用も容易に行える。

「HTC Vive」を用いたVR体験のデモの様子。「3DEXPERIENCE CATIA R2017X」の環境からダイレクトにHTC Viveの仮想現実空間へ3Dモデルを映し出すことが可能（出典：Dassault Systemes）

　また、デザインのオートメーション化への取り組みも行っている。これまでは設計者が自分で考えた形状を3Dに落とし込む、デジタル化するというのが当たり前であったが、3DEXPERIENCE CATIA R2017Xでは設計者が思い付かないような形状をアプリケーション側に考えさせる「ジェネレーティブデザイン」の手法を取り入れている。CATIAでは、「Function Driven Generative Designer（GDE）」と呼ぶ、トポロジー最適化（位相最適化）を使ったデザイン生成機能を搭載。設計領域や各種条件／制約を指定することで、アプリケーション側で最適形状を導き出してくれる。このアプローチは積層造形（3Dプリンタ）との親和性が非常に高い一方で、従来の製造方式による量産には適用しづらい。3DEXPERIENCE CATIA R2017Xでは、抜き方向などの条件をあらかじめ与えることで、鋳造や切削といった従来の製造方式（量産）に適したジェネレーティブデザインを導き出すこともできるという。

「3DEXPERIENCE CATIA R2017X」から「Function Driven Generative Designer（GDE）」というトポロジー最適化（位相最適化）機能が搭載された（出典：Dassault Systemes）

　これまでも3D CADとは別の位相最適化ツールを用いて、同じような設計アプローチをとるケースもあった。しかし、最適化された形状（メッシュデータ）から再度3D CADのモデルを設計する作業に手間が掛かり過ぎるため、トライ＆エラーをしながら試行錯誤して最適な形状を突き詰めていくという本来あるべきサイクルが回せず、結局現場に定着しなかったということがよくある。

　これに対して、3DEXPERIENCE CATIA R2017Xであれば、CATIAの環境上で形状の最適化と、それを設計にフィードバックする一連の作業がスムーズに行える。もちろん、CATIAにはメッシュデータを効率的にCADモデルにしていくための機能も備わっており、必要最低限の作業で最適形状を設計に反映することができる。また次のバージョンでは、さらに突き詰めた条件をパラメータとして与えることで、何百～何千通りもの最適形状が導き出せるようになり、理想に近い形状を多くの候補の中から検討できるようになる予定だという。

　ダッソー・システムズは将来的に、設計者があらかじめ条件などを指定することなく、膨大にある過去の設計データやナレッジを基に、設計者の意図を先回りしてコンピュータが設計に関するさまざまな提案をしてくれる「ジェネレーティブ・オートメーション」の世界を視野に入れ、研究開発を進めているという。

　3DEXPERIENCE CATIAは、ダッソー・システムズのブランド製品群の共通基盤である3DEXPERIENCEプラットフォーム上で動作する1つのアプリケーションであり、SIMULIAやDELMIAといった他のアプリケーションとシームレスに連携できることが強みの1つである。また、3DEXPERIENCE CATIA自身もデザイン、機械設計、制御の3つの領域を、同一の統合されたアプリケーション環境で利用できるため、製品開発に携わるデザイナー、設計者、組み込みエンジニアなどのスムーズな連携が実現され、複雑化する製品開発に対して優位性を発揮する。そして、クラウド版の3DEXPERIENCE CATIA on the Cloudも選択肢の1つとして追加され導入障壁が下がったことで、これまでリーチできなかった領域にもCATIAが浸透していくかもしれない。

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