設計から製造までをシームレスに！MBD（モデルベース定義）やMBE（モデルベースエンタープライズ）の活用メリットとは？

企業は、世界的な競争の激化、製品の複雑化、納期サイクル短縮の要求などに直面し、あらゆる機会を捉えて設計および製造プロセスの最適化に取り組んでいます。
MBDはこうした方向性における主要なステップとして注目を浴びており、上流工程で使用されている従来の2D図面を、寸法、公差、表面仕上げ、注記などの要素を含む、製品の製造と検査に必要なすべての関連情報を含むアノテーション付き3Dモデルに置き換えます。
モデルベースエンタープライズ(MBE)は、このビジョンに基づき、MBDを製造、サプライチェーン、マーケティングなどの分野にまで拡大し、プロセスの効率化、総コストの削減、市場投入までの時間の短縮など、組織全体に及ぶメリットを目指しています。

しかし、多くの企業が、このようなMBEビジョンを実現するための機会を捉えきれていないのも事実です。
エンジニアリング部門は、MBDプロセスの3Dモデルを支持しているにもかかわらず、製品開発プロセスの全領域において、モデル中心の設計指向への意識が社内で形成されるには至っていません。
エンジニアは一般的に、コアのCADモデリングと設計作業以外では、シミュレーション、ジェネレーティブデザイン、サーフェシング、ツールパス作成、ドキュメント作成などの重要な分野で、補助的な機能として最善のツールを利用します。
必要とされているのは、モデルベース製品開発アプローチであり、このアプローチにより、エンジニアリングライフサイクルを通じて必要とされる一連のコアツールと機能において、統一プラットフォームと共通のCADモデルを推進することができます。

モデルベース製品開発具体化

大局的に考えると、モデルベース製品開発は、デジタルスレッドと MBE のビジョンと目標を推進する上で極めて重要であり、現在では先進的なビジネス戦略の最前線となっています。このアプローチでは、設計、最適化、構築の各プロセスが相互に関連しており、コア設計に関連しない派生的な成果物ではなく、共通のネイティブ CAD モデルを中心に集約され統合されます。すべての関係者が統一された3Dモデルで作業することで、企業は設計プロセス全体、ひいては製品のライフサイクル全体を通じて効率化を図ることができます。

MBD が統一的な 3D モデルに焦点を当てたことにより、設計、生産、サービスの各機能間での関連情報の共有とコラボレーションが容易になったことを考えると、そのメリットは明白です。MBD は、製品デリバリーのワークフローに大きな影響を与え、かつては 2D 図面の管理という負担の大きかったプロセスを合理化し、設計レビューに費やされる時間を短縮しています。PTC の顧客調査によると、堅牢な MBD アプローチにより、ドキュメント作成が最大 40% 速くなり、初品検査時間が 60% 短縮され、製品のエラーや不適合が 90% 減少します。

エンジニアは、最新の競争力のある製品をつくるために、堅牢なツールベンチを必要としています。

しかし、マルチベンダーのソリューションでは、通常、ネイティブのファイルフォーマットを共有しません。このため、普遍的なアノテーション付き 3D モデルを目指す場合、あらゆる種類の複雑さと統合上の問題が発生します。また、MBD と同等の効率性を達成するのもほぼ不可能になります。

作業の共通のバックボーンがなければ、製造企業は分断されたプロセスや手作業による回避策の管理に追われることになります。サイロ化されたツールや複数のファイルフォーマットが混在する環境はその明白な兆候を示しています。エンジニアは、アプリケーション間のコンテキスト切り替えに多くの時間と労力を費やすことになり、実験や設計イノベーションなどのより価値の高い作業に時間を割けなくなってしまいます。 設計ツールスタックを超えるモデルがないと、変換や統合の作業に時間を取られ、非生産的な手戻りの連続サイクルに陥り、深刻でコストの高い設計ミスにつながる可能性もあります。

3D CAD、特にパラメトリックモデリングは、フィーチャーと拘束条件を使って設計意図を簡単に把握できるため、何かを変更したときにモデルがどのように振る舞うべきかを簡単に定義できることが特長です。さらに、最高水準のパラメトリックモデリングは、モデルのある部分に変更が生じた場合、関連するジオメトリや下流の成果物に関連する更新が自動的に反映される深い関連性を備えています。これにより、手戻りを排除しつつ、設計ミスの可能性を最小化することができます。

しかし、コア CAD モデリング以外の拡張機能にポイントソリューションを導入すると、MBD の構想は崩れてしまいます。
たとえば、シミュレーションは、一部の人が検証のために使う後工程のツールとは異なり、開発サイクルの早い段階でアイデアの創出や最適化、設計領域の絞り込みのために利用されるようになってきています。同様に、設計チームは、ジェネレーティブデザイン、レンダリング、拡張現実 (AR)、ツールパス作成などの強力な機能を積極的に導入し、イノベーションのレベルアップとプロセスの合理化を図り、より優れた製品をより早く市場に送り出すことを追求しています。

問題は、これらの補助的な機能の進展のほとんどがメインの CAD 環境の外で行われているため、ネイティブの 3D モデルと直接関連付けられていないことです。

エンジニアが部品の強度をテストするために FEA 解析を実施したり、ジェネレーティブデザイン機能を使用して特定の構成部品の軽量化を図る場合、ポイントソリューションツール間の切り替えが必要になります。この作業パターンでは、データ処理機能のないジオメトリをインポート、エクスポート、変換するサイクルが発生し、
これは非効率なだけでなく、ツールチェーンの切断につながり、アソシエティブパラメトリック設計本来のメリットが失われます。

アプリケーション間でコンテキスト切り替えることで、実質的に、関連性のない分断されたプロセスが生成されることになります。ネイティブ CAD モデルに作業を任せるかわりに、設計者またはエンジニアが設計チェーン全体に変更を伝達していく必要があります。これは煩雑な作業であり、エンジニアリングの時間とリソースが大幅に無駄になります。

これを、NC ツールパスの作成という文脈で考えてみましょう。

製造技術者はツールパスを作成するためにポイントソリューション上にスタディをセットアップしますが問題があることに気付きます。この作業はネイティブ CAD ファイルで行われていないため、元の CAD モデルに戻って適切な変更を加え、ジオメトリのインポートとエクスポートを行い、ツールパスの設計を最初からやり直す必要があります。 同じワークフローを CAD ツール内でネイティブ CAD ファイルに対して実行し、変更を開始すると、すべてが自動的に更新され、追加の設定やインポートステップなしに新しいツールパス設計を実行することができます。同様のプロセスが、シミュレーション、レンダリング、またはアセンブリ指示の作成にも当てはまります。つまり、ここで明記すべき点は、企業の他の部門が MBD の恩恵を受けているように、エンジニアリングプロセスについても、モデルベースアプローチによって同様のメリットを享受できるし、享受すべきであるということです。