CAEとは？

昨今は、環境に配慮した自動車を推進する動きが活発化しています。国内でも次世代モビリティとして、電気自動車やハイブリッド自動車などの製造が後押しされるようになりました。

CAEを活用すれば新たな技術の開発や検討の幅が広がり、時代に沿った自動車を開発しやすくなります。

• モーター駆動による熱や振動騒音のシミュレーション
• 自動車に搭載するバッテリーの性能シミュレーション
• インバーターの熱や振動による疲労寿命シミュレーション

など、高度な技術にも対応でき、他社に差をつける開発が可能です。

1つ目は、製品の開発にかかるコストを大幅に削減できるところです。CAEがないと製品の製造に至るまでに、実験と試作を何度も繰り返さなければなりません。

自動車の場合は、1台の試作費用は10億円以上だと言われています。試作品を設計し問題を見つけ再度試作を作り直すとなると、莫大な費用がかかります。

2つ目は、CAEがないと実現できない価値のあるシミュレーションができることです。CAEがないとシミュレーションができない、難しいケースとしては下記が挙げられます。

4つ目は、CAEを導入することで環境負荷が減らせることです。その背景には、2つの理由があります。

DX（Digital Transformation/デジタルトランスフォーメーション）とは、デジタル技術を導入し顧客の視点で新たな価値を創造していくことを指します。

DXはコロナ禍をきっかけに、一気に加速しました。テレワークや業務改革による止まらないビジネスの実現に向けて、企業におけるDXの推進が急務となったのです。

下記の資料からも分かるように、DXを進める上でデジタル技術を活用できる人材の配置が特に求められているのは生産管理や製造部門となっています。これらの部門においては、DXの一環としてCAEの活用が求められています。

CAEを導入することでデジタル技術を使い

• 競合他社に差をつける
• 新たな価値の創造

というDXの根幹となる課題を解消できます。企業のDX向上を推進するデジタル技術としても、CAEは充分活用できます。

構造解析とは、構造物に荷重がかかったときの変形や応力を分析するための解析です。

もう少し簡単に言うと、構造物に負荷をかけたときの倒壊や破壊、変形の具合を可視化し、最適な部材や形状の検討、安全性の確認に活用します。CAEを使えば難しい構造計算や実際の実験をしなくても、複雑な形状や現象を解析することが可能です。

例えば

• 自動車が衝突したときの破損状況をシミュレーションし、最適な形状や材料を検討する
• 地震が発生したときの建物の変形をシミュレーションし、耐震構造を検討する
• 荷物を運ぶ台車の強度をシミュレーションし、安全性を確保した部材を選定する

など、部材や建造物、製品の設計やシミュレーションに活用されています。

流体解析は、気体や液体の流れ、圧力の影響を分析するための解析です。空気の流れによる熱の移動といった、流体力学を応用した分野を対象としています。

CAEを導入するとベクトル図やコンター図、流線を用いて、目に見えない流体の動きを可視化できます。

例えば

• 電子機器を開発するときに温度を可視化し、効率のいい冷却方法を検討する
• 車両を設計するときに空気の流れを可視化し、最適な車両形状を検討する
• 空間をデザインするときに空気の流れを可視化し、空調設備の設置位置を検討する

など、多彩な分野で活用できます。

電磁界解析とは、磁力や電気信号、電磁波を使用する製品や部品において、対象物との相互作用を分析するための解析です。今や生活に欠かせない電子機器や電化製品、スマートフォンですが、これらからは電磁波が発生しています。

人体への影響や他の製品との干渉を把握するために、設計時や検討時には適切な評価が欠かせません。CAEを導入すると、目に見えない電磁波や磁力が可視化でき、設計や安全性の検討に活用できます。

電磁界解析は

• 自動車や飛行機のアンテナを設計する際にシミュレーションし、通信精度を保ちながらサイズや位置を検討する
• 医療機器や電子機器など電磁波が発生する製品が人体に与える影響をシミュレーションし、使用方法を検討する
• 電子基板の電流密度や電界分布を可視化し、性能や部材を検討する

など、さまざまな分野で活用されています。

光学解析とは光の反射や屈折、分散など光の振る舞いが対象物に与える影響を分析するための解析です。

CAEを導入することで光の明るさや色、照射範囲、光線などを可視化してレンズ設計や空間設計、センサーの設計などに活用できるようになります。

光学解析は

• カメラレンズの設計において、レンズ枚数や性能の最適化し、フレアやゴーストの要因解析により発生の抑制を検討する
• 省エネルギーを視野に入れた空間設計において、照度分布をシミュレートし、照明機器の数や形状を検討する
• 紫外線を利用した殺菌システムにおいて、照射の領域や強度をシミュレーションすることで、光源の配置や殺菌の効果を検討する

などで活用されています。

自動車の仕様を細かく決めていきます。理想の仕様を実現するために

• 自動車の燃費のシミュレーション
• 自動車に使用する部品の歪みや強度のシミュレーション

など、性能のシミュレーションを行います。自動車や部品の実物がない状態でCAEを活用し性能や機能の事前評価をする方法は「モデルベース開発（Model Based Development）」や「1D-CAE」と呼ばれています。

DXの推進や環境負荷の軽減という側面から見てもモデルベース開発は重要視されており、各サプライヤがモデルベース開発で設計の摺り合わせをする流れにシフトしています。

初期段階でCAEを活用すると、問題や課題を早期発見できるところがメリットです。また、過去の事例や考えに縛られずシミュレーションを行うことで、新たな発見や可能性を見出すこともできます。

自動車の機能や性能が担保できる仕様ができたところで、自動車本体や部品の形を決めていきます。自動車は部品だけでも3万点程度あるので、全てを試作し実験をするのは非常に大変です。

そこで、CAEを用いてデザインを検討していきます。自動車本体や部品は少し形が異なるだけでも、強度や耐熱性が異なります。性能とコスト、デザイン性のバランスが取れるようにCAEを活用して、デザインを決定していきます。

試作に進むときにはCAEの活用が性能やデザインの裏付けとなり、他業者との摺り合わせがしやすくなる一面もあります。

CAEを導入するときは、CAEを活用する目的に合わせてツールを選択することが大切です。チェックしたいポイントは、次の5つです。

CAEを導入するには、CAEが適切に活用できる技術者の育成が必要です。「2021年版ものづくり白書」からも分かるように、新たなデジタル技術の導入時にはノウハウ不足や人材不足が大きな課題となっています。

サイバネットシステムは、CAEの汎用ソフトウェア「Ansys」の国内代理店です。最高レベルパートナーの証である「Ansys Apex Channel Partner」に認定されています。

これは国内代理店初の快挙で、厳格な認定要件を満たす顧客満足度の高いサービスが提供できていることになります。豊富な知識と経験を活かし、下記の5つのサポートを実施しているのでお気軽にお問い合わせください。

いかがでしたか？CAEの概要や活用方法が把握できたことと思います。最後にこの記事の内容をまとめてみると

CAE（Computer Aided Engineering）とは、コンピュータを利用した工学支援システムのこと

1. 自動車業界：時間やコストを大幅に削減できる・電気自動車などの最新技術に活用できる
2. エレクトロニクス業界：現実的に試作できないシミュレーションができる
3. ヘルスケア業界：医療器具の個別対応や手術前のシミュレーションなどに活用できる

1. 試作や実験にかかるコストを削減できる
2. 極限環境や実際に再現が難しい環境などでの価値あるシミュレーションができる
3. 納期までの時間を短縮できる
4. 環境負荷が減らせる
5. 企業のDXを推進する役割を担ってくれる