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CAD: 設計の基盤である設計の反復に立ち返る

Brian Sather

製品設計

コンピューター支援設計(CAD)は、初期の頃は主として図面を作成する方法としての役割を果たしていましたが、そこから大きく進歩してきました。それでも、設計の探求や変更に関しては、CAD の能力がフルに活用されているとは言えません。たとえば、多くの設計者は、完成した設計のドキュメント作成に CAD システムで使っているだけです。

しかし、設計の初期段階から CAD を使っていない人は、このツールの非常に有益な、不可欠とも言える機能、すなわち、モデルがニーズにぴったり合うまで反復設計を検討できる能力を見逃していることに気付かないでしょう。

黎明期には、CAD は 2D 図面などのエンジニアリング ドキュメントを作成するために使用されていました。しかし、3D モデルの登場により、パラメトリック モデリングおよびダイレクト モデリングを介して簡単に変更、検討できるパーツ形状が使用できるようになりました。つまり、顧客の仕様と設計者のビジョンに合致するまで、CAD モデルを繰り返し検討できるのです。

設計をより深く探求し、多くの可能性を試すと、過去のエンジニアリング作業を進展させ、設計者たちが長い年月をかけて構築するエンジニアリングの知識を活用できます。

探求の支援

3D CAD を使用すると、エンジニアリングのまさに基盤と言える、探求と反復に立ち返ることができます。エンジニアリングの根幹は、1 つのアプローチを試し、失敗したら別のアプローチを試し、実現可能な結果(しかし最適な結果ではない)を得て、また別のアプローチを試し、さらに多くの検討と反復を行って、最終的に最良の設計にたどり着くことです。

CAD はエンジニアリングを発展させます。ツールの機能が限られた古いものだった頃でも、CAD を使用すれば、ペンと紙、あるいは初期の図形処理プログラムを使用するよりもずっと手早く反復できました。そしてもちろん、その誕生以来 CAD の限界は広がり続け、機能は拡充の一途をたどっています。

それでは、最新の CAD システムに搭載されている機能(個別またはパッケージ)を見ていきながら、それらが設計の検討をどのように支援しているか考えてみましょう。

パラメトリックモデリングを使用すれば、インテリジェントかつリアクティブな形状の流れを構築して、設計形状に設計意図を徐々に反映させることができます。この場合の「インテリジェントかつリアクティブ」とは、互いに反応し合い、コンピューター上だけでなく実際と同じように動作するジオメトリオブジェクトを作成する機能を意味します。

そのため、反復設計してモデルに変更を加える際、ソフトウェアのパラメトリック モデリング機能により、要素間の一貫した関係が維持されます。たとえば、モデル内で I 形鋼を延長すると、新しい長さに合わせて他のすべてのモデル形状が自動的に変化します。

ダイレクトモデリング機能が搭載された CAD パッケージなら、設計の形状データを非常に柔軟に変更でき、元のモデルを構築する際には想定していなかったかもしれない設計の可能性を探求できます。

ダイレクトモデリングでは、モデル形状をプッシュ、プル、ツイストなどで操作します。そのため、モデル内のフィーチャ、拘束、設計意図の構築について考えるのではなく、まず形状の作成に集中できます。フィーチャと拘束はモデルを編集する際に追加するため、暫定的なモデルの段階で編集する必要はありません。

また、製品データ管理システムと統合されている CAD システムでは、設計のブランチ機能を使用できます。これは、設計の代替案が、言うなれば境界線が引かれた個別のサンドボックスに維持されている場合です。類似した設計が、他とオーバーラップしたり、影響を及ぼしたり、接触しない場合、さまざまなサンドボックスからの代替案を検討し、それぞれの設計の望ましい要素を統合して、1 つの最終設計を作成できます。

今日の CAD ソフトウェアにはこれらの機能が(個別に、または同じソフトウェアパッケージ内に)含まれており、CAD による反復設計の支援はかつてないほど向上しています。

使用しない理由

これほど魅力があるのに、すべての設計者またはエンジニアリング会社がパーツやアセンブリの設計に CAD を使用しているわけではありません。

例えば、一部の設計者は方眼紙に手描きでスケッチしています。プロセスで CAD を使用する頃には、エンジニアリング上の基本的な意思決定は既に終わっているという設計者もいます。これらの設計者は、設計が完了するのを待って、会社の CAD ソフトウェアでドキュメント化するのでしょう。

また一部の設計者は、CAD よりも方眼紙の方が異なるオプションを手早く作成できるため、設計を探求しやすいと主張します。しかし問題は、鉛筆で描いたスケッチでさまざまな設計オプションを本当に評価できるのか、という点です。設計の外観を実感したり、動作を評価したりできるのでしょうか? また潜在的な干渉は特定できますでしょうか? おそらく答えは「ノー」です。

それなのに、CAD を利用していない設計者がいるのはなぜでしょうか。 デジタルで設計することに慣れていないから? 3D モデルを使用した設計になじみがないから? 2D 設計の方がより概念的に設計できる、または 3D による設計には自分たちの居場所がない、と感じているのかもしれません。

あるいは、利用しない人たちは、利用している人々よりも少し年齢層が高いのでしょうか? 言い換えると、ペンと紙を使用して、小切手の帳尻を合わせたり、レポートをタイプする前に下書きしたり、設計した世代ということです。

おそらく、設計者が CAD を利用しない理由は、設計者自身同様、さまざまなのでしょう。

しかし CAD システムを使用すれは、エンジニアリングの歴史のどの時点よりも、設計の素晴らしい検討が可能になります。そして、手描きよりも、2D 製図プロセスよりも、はるかに迅速に設計を検討できます。

CAD を使用して設計していますか? その使い心地はいかがでしょうか? 役に立っていると感じますか? 「イエス」の場合、どのように役立っていますか?

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