安全かつ正しく機能する製品を提供するために、強度や動作をテストする必要があります。従来においては、テストを実施するために試作品を使うのが一般的でした。試作品で試験を実施し不具合等が見つかった場合、設計を変更して再び性能をテストします。
しかし、従来の設計評価プロセスは、設計変更の度に試作品を作り直す必要があるため、コストが高いです。また、何度も繰り返すことによる手間も発生します。そのため、開発コストの上昇や納期遅れなどが懸念されるのです。
しかし、CAE解析ソフトを使用することでこれらの課題を一層することができます。コストや開発期間を削減するために、実際に導入を検討している担当者もいるのではないでしょうか。
今回は、CAE解析ソフトの概要やできること、導入に必要な3つのステップについて解説しますので、興味のある方はぜひ参考にしてください。
CAE解析ソフトとは？
『CAE解析ソフト』とは、製品の設計段階においてバーチャル上で性能や強度などをシミュレーションすることができるソフトウェアのことです。ソフトを使用しない場合、性能評価は試作品によって実施されます。例えば、配管の耐震性能を評価するとき、実際に配管を制作し、地震環境を構築して評価が行われるのです。
一方、CAE解析ソフトを利用すれば、3Dモデリングによって仮想の製品をコンピュータの中で作り上げて評価したい環境を構築したあとに性能を試すことができます。地震が発生している環境を構築したり、高温の場所を作り上げたりすることも可能です。すべてバーチャル上で済ませることができるため、設計変更による手間を大幅に減らすことができます。
CAE解析ソフトの導入形態はそれぞれのツールで異なりますが、インストール型やクラウドなどが挙げられます。インストール型はパソコンなどに直接インストールして使用するのが一般的です。一方、クラウドはブラウザなどで動作し、アクセスの利便性が高くなります。また、CAE解析ソフトの中にはカスタマイズ性が優れたものも少なくないため、特殊な製品を開発している企業でも導入しやすいです。
CAE解析ソフトの構成要素
CAE解析ソフトは大まかにわけて３つの構成要素に分類することができます。それぞれの構成要素が何を行っているのか解説しますので、ぜひ参考にしてください。
プリプロセッサ
プリプロセッサは前処理ともいわれるプログラムです。まず、CAE解析を行う前に、形状データを作成する必要があります。形状データはCADソフトを使用し作成することが多いです。その後にプリプロセッサがデータを読み込みます。
プリプロセッサは、解析前に下記の項目を入力するソフトです。
- メッシュ作成
- 材料定義
- 境界条件設定
設定した内容はソルバーに引き渡されます。
ソルバー
ソルバーは主に計算を実施するプログラムです。プリプロセッサで作成したメッシュ及び設定した条件をもとに、データをマトリックスに数値化して連立方程式をとき、応力や変形を求めます。
ポストプロセッサ
ポストプロセッサは、ソルバーで計算した結果を処理するプログラムです。数値だけでなく、仮想製品の変形を視覚的に表示したり、応力分布図を表示したりできます。つまり、ポストプロセッサによって製品を評価できるというわけです。
CAEソフトを導入してできること3選
CAE解析ソフト導入後にできることは大まかにわけて3つあります。実際に何ができるのか詳しく解説しますので、ぜひチェックしてください。
設計検証
1つ目は設計検証です。
実際に導入することで機能の正確さや安全性を測ることができます。CADで形状データを作成することで試作品をバーチャルの中で作成することが可能です。そのデータを使用してCAE解析を行えば、強度や動作、安全性をチェックできます。航空機や自動車などの大型設備だけでなく、配管やネジなど小型の製品においても活用することが可能です。そのため、さまざまな業態が設計検証を実施するために導入しています。
現象の可視化
2つ目は現象の可視化です。
CAE解析ソフトを使用すれば、応力や温度など、直接目で確認することができない現象を可視化することができます。特に温度が上昇しやすい場所や力の偏りなどを視覚的に確認することができるため、製品設計を行うときに役立てられるでしょう。
寿命を予測できる
3つ目は、寿命の予測です。
製品に使われる材料の強度や疲労寿命に関するデータを保有している場合、どのぐらい使用したら壊れるのか大まかな寿命を予測することができます。これにより、製品の買い替え時期を見通すことができたり、保証期間を決める際の参考になったりするので、非常に便利なソフトウェアであるといえるでしょう。
CAE解析ソフトの種類
CAE解析ソフトは3つの種類に大別することができます。それぞれの種類について詳しく解説しますので、導入を検討している人は参考にしてください。
汎用型
汎用型は、幅広い製品評価に対応することができるように設計されたソフトウェアのことです。そのため、カスタマイズ性に優れており、多くの企業が導入しやすいという特徴を持ちます。標準でさまざまな機能が搭載されており、数多くのCAEモデルをサポートすることが可能です。
オープンソース汎用型
オープンソース汎用型とは、ソフトウェアが無料で公開されている汎用型CAE解析ソフトのことです。オープンソースソフトウェアはソースコードがインターネット上に公開されており、誰でも無償でダウンロードすることができます。しかし、一般的に開発企業でない限りオープンソース汎用型を導入する企業は少ないです。また、すべてのオープンソース汎用型が自社製品に対応しているわけではありませんので注意しましょう。
機能特化型
機能特化型は、その名の通り特定の機能に特化しているCAE解析ソフトのことです。取り扱う製品によっては機能が偏っているケースが好ましい場合もあります。そのような企業から選ばれる種類といえるでしょう。
CAE解析ソフトを導入する3つのステップ
CAE解析ソフトを導入する手順は3つです。
自社に合ったCAE解析ソフトを選ぶ
CAE解析ソフトといっても種類はさまざまです。数多くの中から自社に合ったところを選択してください。まだ具体的に決まっていないという方は、『Jupiter-Pre』がおすすめです。カスタマイズ性能が高く、高速自動メッシュ作成が可能な汎用型CAE解析ソフトになります。興味がある方は下記のURLからぜひご相談ください。
CAE解析のエンジニアを雇用する
CAE解析ができるエンジニアを雇用します。CAE解析には材料力学や有限要素法などの知識が必要不可欠です。素人では十分に解析ソフトの機能を使いこなすことができない可能性もあるので、予算に余裕があるという企業は雇用するのが好ましいでしょう。
しかし、CAE解析ソフトを販売している企業の中には、受託サービスを提供しているところもあります。そのようなサービスを利用すれば、エンジニアを雇用しなくても解析することが可能です。CAE解析の受託サービスについて興味がある方は、下記のURLからサービス内容をご確認ください。
必要に応じてカスタマイズを依頼する
扱う製品の中には、CAE解析ソフト標準の機能で対応することができないケースも珍しくありません。そのような場合、カスタマイズ性に優れた製品を選択して自社製品の解析にも対応できるように追加実装を依頼しましょう。
まとめ
今回は、CAE解析ソフトの概要やできること、導入ステップについて詳しく解説しました。実際に導入することで、設計検証ができたり、視覚的に温度や応力を確認することができたりします。しかし、材料力学や有限要素法などの知識が必要なので、CAE解析ができるエンジニアを雇用する必要がある企業も少なくないでしょう。
CAE解析ソフトには、試作品にかかるコスト削減などさまざまなメリットがあります。この機会に導入を検討して効率的な設計を実現してみてはいかがでしょうか。