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Design Automation Associates
Electronics & Semiconductors NX Simcenter
Design Automation Associates

自動化されたプリント基板振動解析で、 エラーを削減し、100倍を超える速度のプロセスを実現

ウィンザーロックス, コネチカット

Electronics & Semiconductors NX Simcenter

自動化されたプリント基板振動解析で、 エラーを削減し、100倍を超える速度のプロセスを実現

ウィンザーロックス, コネチカット
quotation marks NXツールセットはトップクラ スの機能です。 John Lambert氏, 社長兼CEO DAA社
課題
  • 受注設計製品には時間のかか る反復解析が必要
成功の鍵
  • 統合されたNXのモデリングお よび解析機能
  • NX Openの埋込みアプリケー ション・プログラミング・イン ターフェース
  • NXの見た目を維持した自動プ ロセス
成果
  • 40時間反復していた解析プロ セスを15分に短縮
  • 解析エンジニア以外でも実行 可能な自動プロセスによ り、NXユーザーへの追加トレ ーニングがほとんど不要
  • 手動計算の削減でエラーが減 少

Design Automation Associates

Design Automation Associates Inc.は、ナレッジベ ースのエンジニアリングおよ び機械エンジニアリングコン サルティングサービスを提供し ています。

http://www.daasolutions.com

quotation marks 弊社が重点的に取組んでいる 問題には、すぐに利用可能な機 能nい、より複雑な自動化が必 要です。そのために弊社はNX Openを使用します。 John Lambert氏, 社長兼CEO DAA社
quotation marks NXツールセットはトップクラ スの機能です。 John Lambert氏, 社長兼CEO DAA社

Design Automation Associates Case Study

エンジニアの連携

1995年、United Technologies社の3人の エンジニアにより設立されたDesign Automation Associates Inc. (DAA)社は、 企業の製品開発と構成プロセスの自動化を 支援することに重点を置いて、さまざまなエ ンジニアリング・コンサルティング・サービ スを提供しています。社員数が現在20人の この企業は、回転装置、電子回路パッケー ジング、産業機械、航空宇宙、軍事、自動車 など幅広い業界でビジネスを行っていま す。

DAAは、豊富な経験からどのような作業が 自動化に適しているかを判断することがで きました。最も有望な作業の1つに、ETO ( 個別受注設計生産)製品とCTO (注文仕様 生産)製品の設計と解析があります。「反復 に関する問題がエンジニアリング設計およ びエンジニアリング解析のすべての分野で 発生しています。特定の部品が繰返し設計 されるため、自動化により時間を大幅に節 約できる、個別受注設計製品および注文仕 様生産製品の企業で特に発生しています」 とDAA社の社長兼CEOであるJohn Lambert氏は述べています。

Lambert氏は、電子回路パッケージングで の具体例として、ETOプリント基板(PCB)に 必ず実施される有限要素解析(FEA)を挙げ ます。「新しい注文ごとに、これらの企業は プリント基板をリエンジニアリングしなけ ればなりません。企業が適切な解析テクノ ロジーを使用しても、手動で行わなければ ならない作業がまだ多くあります」と Lambert氏は説明します。通常、荷重を決定 したり、たとえば、解析結果を評価したりす るのにも手動計算が必要になります。「結果 の解釈に使用される計算など、こうした計 算の多くでは、企業に優位性を持たせる独 自の知的財産の一部である特殊な手順が 含まれています」とLambert氏は続けます。 「企業特有であがために、解析ソフトウェ アにすぐに利用可能な機能として追加され ることのないロジックと計算の大きな領域 があります。」

DAA社では、1つのETO製品の解析プロセ スに40時間もかかる状況でした。「企業は その同じ解析プロセスを年に100~200回 実行するらしいです」とLambert氏は述べ ています。「発生する時間と費用以外にも、 手動計算に大きく依存していたために、エ ラーが発生する可能性が生じていました。」 DAA社で試される自動化はほとんどの場合 マクロによるもので、Lambert氏によれば 「20年前のテクノロジー」です。

マクロを超えるもの

DAA社のエンジニアは、作業に多数の先進 的な設計や解析ソリューションを使用して いますが、NX環境内で複雑な反復解析と設 計解析のループを自動化する場合、同社は シーメンスPLMソフトウェアのNX™ソフトウ ェアを活用しています。「NXのツールセット はトップクラスの機能です」とLambert氏は 述べています。「NXを使用することで、モデ リング、解析機能、NX Openを統合できまし た。」NX Openは、NX内に組み込まれたア プリケーション・プログラミング・インターフ ェース(API)です。DAA社では、より複雑な自 動化にはカスタム・コーディングと共にNX Openを使用します。「弊社が重点的に取り 組んでいる問題には、すぐに利用可能な機 能以上に、より複雑な自動化が必要となり ます」とLambert氏は述べています。「だか らこそ、弊社はNX Openを使用しているの です。」

DAA社がNXを使用して行った自動化の例 として、Lambert氏は航空宇宙業界向けに 使用されるPCBの有限要素解析について説 明します。「これは反復して行われなければ ならない作業の良い例です。その理由の1 つは、プリント基板のコンポーネントやマウ ントなど、変更になる設計変数が非常に多 くあることです」とLambert氏は述べていま す。「また、プリント基板はランダムな振動を 受けますが、スペクトルによっては、1つ以 上の使用不可ゾーンがある場合がありま す。周波数を繰返 し動かして、周波 数を「使用不可ゾ ーン」から離して 低振動領域に入れ る必要があります が、そうすることで 荷重と応力を増加 させてしまうため、 簡単ではありません。周波数を動かすとき には、荷重を再評価しなければなりません。 またしばしば電子回路パッケージングで は、互いに近い周波数を持つコンポーネン トがあるため、相互に増幅します。周波数の 適切な配置とプリント基板の構造健全性の バランスを実現するのは、消耗する反復ゲ ームのようです。」

ネイティブのNX機能など、ユーザーに目を 向けたDAA社によるこのプロセスの自動化 バージョンには、NX Nastran®ソフトウェア を使用したジオメトリのモデリング、FEAプ リ・ポスト処理、解析が含まれていま す。PCBのNXジオメトリモデルから始まり、 プログラムで有限要素メッシュが自動的に 作成され、適切な材料特性が適用されま す。次に、周波数抽出解析(NX Nastranソリ ューション103)が繰返し行われます。DAA 社がNX Openを使用して作成したカスタ ム・コードにより、結果がランダム振動スペ クトルと比較され、PCBの振動周波数がラ ンダム振動曲線上の使用不可ゾーンの外 に出るまで、反復ループとPCB形状の変更 が継続されます。次に、荷重を決定するカス タム計算が実行され、応力と変形の解析 (NX Nastranソリューション101)が続きま す。追加のカスタムコードにより、これらの 結果が業界およびプロセスのナレッジと組 み合わされ、寿命予測が行われ、材料の許 容差と比較され、最終的に設計が妥当かど うかが判断されます。妥当でない場合は、 プロセスが最初から再び始まり、設計の構 造健全性が適切になるまで、反復を継続し ます。

この例には熱解析は含まれていません が、Lambert氏は「通常、行う必要のある熱 解析がありますから、これも自動化に含め られるのではないでしょうか」と言います。

莫大な時間の節約とエラーの削減

自動化の最も明らかな利点の1つは、PCB の例で説明したように、時間の節約で す。Lambert氏は以前なら40時間かかった 解析が今では自動プロセスにより15分で行 われる状況を見てきました。

もちろん、自動化の作成には時間がかかり ますが、DAA社にはかかる時間を見積もる 確かな経験則があります。「ややロバストな 自動ルーチンを作成するには1度の反復を 実行する約10倍の時間がかかります」と Lambert氏は説明します。「だから、すべて が自動化に適しているとは限らないので す。もし企業がほんの数回しか行わない解 析であれば、おそらくそれだけの価値はな いでしょう。しかし、年に25回、100回、200回 と行う解析であれば、自動化は非常に理に かなっています。」

ここで説明されているような自動化を作成 するには、どのくらいのスキルレベルが必 要なのでしょうか。「中程度のプログラミン グ能力を持つ人が必要です」とLambert氏 は述べています。「ジャーナル機能によって 多数のNX Openコードが作成されますが、知っておくべきことはコードの開き方、編集 方法、改善方法だけなので、単なるキースト ロークの記録ではなく、汎用アプリケーショ ンにより適しています。」

NXを使用した反復プロセスの自動化には、 他にもメリットがあります。自動化してもNX の見た目と操作感を維持するので、NXに慣 れたユーザーは最小限のトレーニングで自 動化を使用できるようになります。また、解 析エンジニアのエキスパートがプロセスを 自動化した後は、少ない教育とトレーニン グでユーザーがプロセスを実行できるた め、解析エンジニアの負担が減り、より難易 度が高いプロジェクトに取り組むことがで きます。プロセスの自動化には、プロセスを 標準化し、解析エンジニアの手動計算での ミスなどのヒューマン・エラーを排除すると いう効果もあります。

DAA社はNXの自動化を使用して大きな成 功を収めているため、Lambert氏はこのソ フトウェアのプログラミング機能を活用して いる企業があまり多くないことに驚いてい ます。「NXには非常に強力な機能がありま すが、弊社の顧客の中でこのような自動化 に対するニーズが大きいにもかかわらず、 その機能が使用されているのをほとんど見 たことがありません」と述べています。「適切 な状況では、NXを使用したプロセスの自動 化は投資する価値が十分あるでしょう。」

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