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デザインと機械設計業務をつなぐ

3D-CADエンジニアの私は日ごろ、製造業の機械・機構設計を担当しているお客様にお会いしているのですが、最近はデザイン性の高い製品を作られているお客様を訪れる機会が増えてきています。今日はそのお話しをしたいと思います。
デザイン性の高い製品を作られているお客様にお会いしますと、次のようなお話しを耳にすることが多いです。

  • デザインの人が使っているツールは機械設計では使えないデータなので一から作り直してます
  • サーフェスでゴリゴリ作っているので、後からデザイン変更を要求されると修正に苦労します
  • 同じツールを使えたら理想ですが、デザインが3D-CADを使ってツールに縛られてはいけませんから…

こう言った場合、デザイン部門の方は―― まれに3D-CADや機械設計向けのサーフェスモデラーを使ってデザインしていると言うお客様にお会いすることもありますが――、「直感的に」「自由に」操作できるいわゆるデザイナー向けツールを使われているようです。もしくはイラスト図のみだったり、クレイモデルや原型と言われるアウトプットの形を取り、3Dデジタルデータになっていない場合もあります。一方、それらデータを受けた設計の方が行う作業としては、主として金型作成のためのボス・リブ設計や薄肉化、抜き勾配や角R処理となりますので、こちらは「数値制御」された操作性が求められています。
システムの方向性の違いと言えばそれまでですが、直感的に作られたデータを数値制御の世界に変換する難しさがそこにあり、どうしても後工程である機械・機構設計の方に皺寄せが来ているようです。

  • デザインの自由さと、数値制御の機械設計

この相反する二つのニーズを、同一プラットフォーム上で実現できるツールはないのでしょうか?
いえ、あります。最近はデザイナー向けツールがIGESやSTEP形式エクスポートのオプションをリリースしたり、3D-CAD側でデザインのデータをインポートする機能を持ったりとその垣根を低くする試みが取られはじめています。しかし今日は完全に同一プラットフォームでデザインとメカを繋げるツールのお話しをしたいと思います。そのツールの名前は『CATIA V5』と言います。「あれ、CATIAは自動車や航空機向けのCADじゃなかった?」そう思われたお客様がいるかもしれませんので、もう少し正確にお話いたしますと、近年CATIA V5に実装された『サブディビジョン・サーフェス機能』が、この二つのニーズをつなぐキーテクノロジーとなります。
サブディビジョン・サーフェスは、下図のようにサーフェス構成点の頂点をつまんだりひっぱったりすることでモデリングを行う技術です。球形状からスタートして粘土細工を行っているような感覚で自由に曲面作成が行えます。この技術はもともと3D-CGツールには搭載されていましたが、CATIA V5はこのサブディビジョン・サーフェスを工業系3D-CADとして初めて採用したのです(2004年)。

CG系ツールの機能と異なり、CATIA V5はサブディビジョン・サーフェスで作成したモデルを、それ以前よりCATIAが持っている寸法で形状を制御するサーフェス形式やソリッドに変換する機能を持ちます。このため自由なモデリングを行った後で、穴をあける、一定Rで角処理を行うといった数値制御の操作を特別なデータ変換やインポート操作を行わずに一つのプラットフォーム上で実現できるのです。1度ソリッドに変換した後も、もとのサブディビジョン・サーフェスを編集してデザイン変更することもできます。
CATIA V5にこの機能が実装され既に数年が経過しました。機能も年々成熟し実績も増えております。私のお客様からも「この機能を知ってしまったら従来のサーフェス機能でモデリングする気になれない」、「以前は1週間かかっていたデザイン性の高い曲面形状が半分以下の日数できるようになった」等、嬉しいコメントをいただいております。

下のモデルをご覧下さい(私が作成していますので多少歪んでいるのはお見逃し下さい)。これが数時間でモデリングでき、抜き勾配を考慮してソリッドの薄肉処理するのに1日かかりません。もしこちらのコラムをお読みのお客様がこういったお仕事をされていらっしゃいましたら、是非ともCATIA V5のこの機能をご体験いただきたいと思います。ご興味をお持ちいただけましたら、どうぞお気軽にご連絡下さい。

[Y.H]

余談:CG業界におけるサブディビジョン・サーフェスについて
映画会社 Pixar社のCGアニメーション映画にもサブディビジョン・サーフェスが使用されています。長編アニメとしては「バグズ・ライフ」(1998年)で最初に採用されました。Pixar社初のまた世界でも初のフル3DCGによる長編アニメーション「トイ・ストーリー」(1995)時にはこの技術は使われておらず、「トイ・ストーリー2」(1998)では採用されている事になるのですが、曲面細部の表現に注目して2本の映画を見比べてみるのも面白いかもしれません。ちなみにPixar社はサブディビジョン・サーフェスに関連した数個の米国特許も取得しています。

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