設計者CAEは普通の解析と何が違う？（3）

CAEの稼働率が上がるに従い募る不安、「この解析結果は正しいのか？」を大切に（1/2 ページ）

「設計者CAE」という言葉が設計現場で聞かれるようになって久しいですが、3D CAD推進とともにきちんと設計者CAEに取り組んでいる企業もあれば、まだ途上あるいは全く着手していないという企業もあるかと思います。連載第3回では、CAEに精通している設計者がいない状態で導入および立ち上げを行う際、何に注意して設計者CAEを推進していくべきか、筆者の経験を交えて詳しく解説します。

公開 2018年01月09日 09時00分

更新 2018年06月05日 16時38分

著者

土橋美博／飯沼ゲージ製作所

[TechFactory]

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　筆者は「寸法最適化」や「形状最適化」を行うことを目的に、解析を導入し、その運用を始めました。簡単な例ですが、構造物に補強のリブがある場合と、ない場合、同じ条件下だとどちらの方が変形しないでしょうか？　というような単純なものからスタートしました。

　このとき、設計者の頭の中にあるのは、

補強の方法
補強の位置
重量
補強の効果

といったモノだと思います。

　図1では、合金鋼の構造物の下面を固定して、上面に10kgの荷重をかけるという同一条件の下、リブの有無によるそれぞれの変位量を求めています。前回取り上げた最適化では、固有値（固有振動数）、開口寸法に着目していたので、その手順とすれば少々高度なものでした。

　それに対して、図1の例では、3D CADによるモデリングや設定、計算にそれほど多くの時間を要しませんので、2つの解析を行うことができました。そして、その結果も実に明瞭です。

　今では、このような単純な解析テーマに取り組むことはありませんが、当時“いとも簡単に”このような課題を解いてみせると、設計者から「おー！　すごい」という声が上がったものです。解析する側としたら何でもないことなのですが、結果が可視化されることは、何もないものに比べて説得力があります。

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CAEの利用機会が増えると同時に増す「不安」

　このような単純な形状の部品やアセンブリの構造解析を行っていくと、設計者たちは「これは便利だ」と考えるようになり、まるで“電卓をたたく”かのごとく日常的に使用するようになります。こうした加速度的な運用の伸びは、CAE導入前からある程度予測できていました。筆者も解析依頼を受けては結果を返す日々を送っていましたが、あるときふと考えました……。

有限要素法を理解しなくてもいいのか？
CAEができれば問題ないのか？
この解析結果は正しいのか？
境界条件は正しいのか？

……う～ん。自信がない

　ツールが提供するシミュレーション機能は、基本的に誰でも操作できるようにGUIが用いられており、ウィザードに従えば、それこそ有限要素法やメッシュの詳細を知らなくても計算前の設定や解析結果を得ることが可能です。余談ですが、“ウィザード（Wizard）”とは、対話形式で必要な情報を選択、設定して簡単に目的の処理などをコンピュータに実行させる仕組みのことですが、“魔術師／男の魔法使い”といった意味でも訳されます。特に解析など、本来高度な専門知識を必要とするような処理を行う場合は、まさに魔術のようにウィザードが解析結果に導いてくれます。

　当時、筆者の社内を見渡してみても、筆者以上にCAEのことを理解している人間がいませんでした。当然、筆者が疑問に思ったこと、分からないことに答えてくれる人は誰もいません。そのため、解析の知識を掘り下げながら導入するというよりも、オペレーション教育を中心に導入を進めることになりました。

　もちろん、操作教育の要所において、「有限要素とは」「メッシュとは」「拘束とは」「応力とは」「ヤング率とは」「ポアソン比とは」といった知識や定義の確認をするシーンもありました。しかし、限られた時間の中で操作教育を行っている状況では、それらを十分に説明する（理解する）には、あまりにも時間が足りませんでした。また、受講する側もどちらかというと“操作”に興味を示しているため、座学は右から左へスーッと流れ落ちてしまいます。

　筆者は、大学で材料力学を履修していたので、“まだ”そのハードルは低かったものの、有限要素法となると十分に学んだ記憶はありませんでした。しかも、筆者が大学で学んでいたのでは、今から32年前のことです。当然、現在のような3D CADはありませんし、2D CADでさえ、コマンド入力で作図する時代でした。そのような筆者が社内のCAE運用を推進するわけですから、開始当時はCAEの利用機会が増えると同時に、その不安も日増しに高まっていく状況でした。

　今考えてみると、こうして不安や疑問を感じられただけでも“正常”だったのかもしれません。解析結果から得られる答えに、設計者として“感覚とのズレ（違和感）”を抱いたのだと思います。また、“原理原則”となる工学的な知識をきちんと押さえておきたいというエンジニアとしての気持ちもあったのでしょう。

次ページへ最低限の原理原則は理解すべし

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設計者CAEは普通の解析と何が違う？

「設計者CAE」という言葉が設計現場で聞かれるようになって久しいですが、3D CAD推進とともにきちんと設計者CAEに取り組んでいる企業もあれば、まだ途上あるいは全く着手していないという企業もあるかと思います。本連載では、設計者CAEがもたらすメリットや実際に導入していく上での注意点を、現場目線でご紹介します。◎こんなキーワードに興味のある方にオススメ：［CAE］［設計者CAE］［3Dデータ］［3D推進］［3次元設計］［設計品質向上］［ツール導入］

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