色や明るさ、照射範囲などを光学解析ソフトでシミュレーション。短納期で高品質な設計開発を実現

秋田県の技術センターで光学製品の設計開発に着手する際に、先行して取り組んでいたドイツの販社でどのような光学解析ソフトを使っているかを調べた。そのうえで、各社の光学解析ソフトを比較検討し、最終的にミッドレンジ3次元CADソフトの『SolidWorks』と統合的な運用が可能な『OPTIS WORKS』を選定し、2006年に導入している。

「当社では、以前から大塚商会さんから『SolidWorks』を導入し、サブミニチュアランプの設計開発を行っており、光学製品事業部でも手慣れた『SolidWorks』を活用することになりました。そこで『SolidWorks』との親和性の高さや、他社製品と比べて機能的にも優れていることから、『OPTIS WORKS』の導入を決めたのです」と自動車・航空機営業部 一課 課長代理の石原 祥平氏は当時を振り返る。

また、自動車メーカーのほとんどがハイエンド3次元CADソフト『CATIA V5』を利用しており、同社にも自動車メーカーから車体のラフデザインや自動車用部品の一次メーカーが作成したユニットのデザインが『CATIA V5』のデータで送られてくる。そのデータを『SolidWorks』に変換するソフトも導入している。「光学部品はとても小さいので、コンマミリ単位の精度が要求されます。お客様から支給される『CATIA V5』のデータをそのまま『SolidWorks』に取り込むと、計算方法や計算精度などが異なるためにユニットの形状が変わってしまうことがあります。そこで、データ変換ソフトを利用し、誤差が生じる確率を低く抑えたのです。実際、かなり変換の精度は高く、誤差はほとんどありません」と実際に3次元CADを操作する光学製品事業部 技術部 技術一課 技師の山西 正晃氏は語る。

さらに近年では周辺部品のデザインの複雑さが増し、設計に与える影響も大きくなってきたことから、新たに『CATIA V5』も大塚商会から導入した。自動車メーカーや光学部品の一次メーカーは、最終的に『CATIA V5』上でチェックするので、『SolidWorks』で作成したデータがどのように見えるのかを事前に検証するためである。「CADの種類が異なるとデータが化けてしまう可能性があるのと、ユニットの形状が複雑になってきたことから、当社が設計したとおりにお客様の環境で再現されるのか、社内で確認できるようにしたかったのです」と山西氏は語る。

同社では、『CATIA V5』で作成された自動車部品のユニットのCADデータを、いったんデータ変換ソフトを使って『SolidWorks』に取り込み、そのユニット上にぴったりと収まるように光源やレンズなどの光学製品の設計開発を行っている。

設計の際、光学解析ソフトの『OPTIS WORKS』を使って詳細なシミュレーションを実施している。具体的には、光源データの反射、吸収、透過、屈折、散乱などの光学特性を入力することで緻密な光線追跡を実現。それにより、リアリスティックな照度や輝度分布結果が得られるようになり、従来のように試作を繰り返すことなく、短期間で高品質の設計開発が行えるようになったのだ。

「光の利用効率を高めて光源数を少なくすれば、その分、部品コストも削減できますし、組み立て作業も楽になるので、メーカー側にとっては大きなメリットになります。さらにLEDには、青色でも青白く発光したりと、色合いにある程度のバラツキが発生する性質があるため、使用する光源数を少なくすれば、それが目立たなくなる利点があります。実際、ある車種のナビゲーションスイッチでは、LEDランプを当初予定していた5個から2個に減らすことに成功しました。そうしたシミュレーションが設計段階で行えるようになったことは、当社にとって大きなアドバンテージです」と渡辺氏は自信を持って説明する。

『OPTIS WORKS』は2006年に1台導入し、その後、最新バージョンに順次アップグレードし、2人のオペレータが交代で活用している。シミュレーションツールといっても、なんでも自動的に解析してくれるわけではないので、独自の設計ノウハウが必要になる。ソフトの癖なども見極めながら、いろいろと試行錯誤を繰り返すうちに有効なツールとして使いこなせるようになった。

「データの大きさにもよりますが、当社の解析モデルの場合、『OPTIS WORKS』でシミュレーションをかけてから結果が出るまでに30～40時間くらいかかります。しかし、それでも、最新版にアップグレードし、マシンも高性能なワークステーションにリプレースしたので、4年前に比べるとシミュレーション時間は4分の1ほどに短縮しています。繁忙期は1～2カ月間、24時間フル稼働している状態なので、以前は途中でフリーズしてしまうこともありましたが、今はそうした問題も解消されました。また夏場は熱がこもってしまうので、近くに送風機を設置して熱がこもらないように工夫しています」と山西氏は苦労を明かす。

今回、同社では『SolidWorks』や『OPTIS WORKS』、データ変換ソフトや『CATIA V5』をそろえたことにより、設計開発工程をすべて自社内で担える体制が整った。

『CATIA V5』を導入する以前は、データ変換作業などを外部の協力会社に依頼していたのですが、外注先からはツールの費用も請求されるので、毎回、数十万円単位の費用がかかっていました。しかも、お客様から細かい設計変更の要望が頻繁にあり、場合によっては、明日までになんとかしてほしいと頼まれることもあるのですが、外部ですと、そうした要望に迅速に対応することができません。しかし今回、すべて内製化できる環境がそろったので、外注コストを削減できるようになり、急な設計変更にも迅速に対応できるようになりました」と山西氏は語る。

特に自動車の室内インテリアでは、極力コストを抑えて見栄えのいいものにするために、材質やデザインの変更が頻繁に発生する。デザインはもちろんのこと、周辺の材質によっても光の反射は微妙に変わってしまうため、その検証にも『OPTIS WORKS』は有効だという。一般的な材質であればすぐに検証することができるが、特殊な材質の場合は、材質のパラメータ用のデータをOPTIS社に依頼して作成してもらい、そのデータを取り込んで検証している。その分、時間も費用も余分にかかるが、そうした徹底した品質チェックを行っていることが、同社の製品開発に対するこだわりであり、取引先から信頼されている大きな強みでもある。

同社では、大塚商会からPolycomのTV会議システムやサーバなどのOA機器も導入している。TV会議システムについては、東京本社と鹿児島工場間で打ち合わせなどを行う際に有効活用し、出張費用の削減やコミュニケーションの円滑化を図っている。また、将来的には『CATIA V5』のデータを直接、光解析できるツールも導入したいと考えている。それにより、データ変換する手間や時間が省けるようになるからだ。同社では、今後もITを有効活用しながら、業務効率向上やコスト削減などに積極的に努めていく考えだ。