設計シミュレーション

設計シミュレーションを使用することで、製造企業は、開発中の製品の機能、および製品の製造性を検証することができます。「シミュレーション」という言葉は、コンピューター支援エンジニアリング(CAE)を表す一般的な用語として使用されることがあります。いくつかの設計シミュレーション手法が、多くの産業で製品開発の標準的な要素として採用されています。安価で高速なコンピューターと低価格で使いやすい設計シミュレーションソフトウェアの普及によって、ユーザーが新技術やアプリケーションを利用できるようになり、さらにその重要性が高まっています。

シミュレーションモデルとは、目的の物理領域でのシステム動作を表現するための数式の集合です。数式の複雑さは、データの入手しやすさに依存し、アプリケーションと設計段階に応じて変化します。

開発の初期段階では、一般的に、解析的な仮定に基づく比較的単純なシステム表現が用いられ、複数の物理的要因の間の関係を概念レベルで検証する役割を果たします。開発後期では、一般的に、非常に複雑なアプリケーション固有のモデルを使用して、検証や改良が行われます。アプリケーションは、構造挙動、音響、システムダイナミクス、耐衝突性、熱フロー解析、応力解析、燃費向上、制御開発など、多岐にわたります。

仮想テストおよび検証のための設計シミュレーション

開発コストを削減し、革新的な製品を競合他社より速く市場に投入

設計シミュレーションには、さまざまな実稼働条件や環境条件での製品挙動の仮想テストする広範囲の解析を含めることができます。試行錯誤のプロセスに代わって、スマートなシミュレーションプロセスを採用することにより、開発サイクルのさまざまな段階における設計の選択を、目標を絞って実現できます。これにより、コストのかかる実際のプロトタイプを時間をかけて繰返しテストする必要がなくなるので、全体としての開発時間を短縮できます。

効果的な設計シミュレーションプロセスを採用することで、企業は開発コストを減らし、革新的な製品を競合他社より速く市場に出すことができます。

製造性を考慮した設計シミュレーション

さまざまな実稼働条件や環境条件での製品挙動の仮想テスト

製造プロセスのシミュレーションは一般的に「プロセスシミュレーション」または「仮想マニュファクチャリング」と呼ばれます。これには、設計の製造性を判定し、設計変更が製造方法に与える影響を評価するための、成形、スタンピング、加工、その他のプロセスシミュレーションが含まれます。これは、従来の応力エンジニアリングよりも、製造エンジニアリングに近いものです。ただし、基礎となる技術(有限要素モデリング)は同じです。製品の設計段階で製造プロセスのシミュレーションを参照することで、製造プロセスを最適化できるだけでなく、製品の性能、コスト、品質も最適化できます。

シミュレーションモデルと実際のプロトタイプ

シミュレーションによって、製造企業は単一のプロトタイプを製造するという究極の理想に近づくことができる

シミュレーションモデルは、実際のプロトタイプよりも、製品開発プロセスにより高い柔軟性をもたらします。ボタンを何回かクリックするだけで設計代替案を作成でき、複雑なセットアップなしに試験を実行できます。設計シミュレーションによって、物理試験を通して得ることができない解析結果を得ることができます。また、シミュレーション・モデルを使用することで、測定機器で物理的にアクセスできない製品内部の場所の仮想試験を行ったり、測定するセンサーが存在しない物理量を出力したり、製造現場の仮想ビューを表示することで製造プロセスを理解することができます。

試験対象(製品)を損傷する恐れがないので、異なる境界条件を適用するだけで、追加の動作条件をシミュレートできます。設計シミュレーションは、物理試験より幅広い動作が可能であり、実際の環境で生成することが困難な条件を仮想的にモデリングし試験することができます。材料を無駄にする恐れがないので、特定の製造手法を適用する製品定義を活用するだけで、新しい製造プロセスをシミュレーションできます。

製品開発において物理試験は常に不可欠ですが、シミュレーション・モデルを使用することで、製造企業は、唯一の試作品、すなわち最終製品だけを製造するという、究極の理想に近づくことができます。

設計シミュレーションの利点

実際のプロトタイプを繰り返しテストすることなく品質を向上させることで、製品開発コストと時間を削減
  • 機能パフォーマンスと製造への影響を考慮した設計判断

  • コンセプト開発中にさまざまな機能的側面のバランスをとる

  • 不要な材料を削減し軽量化を図ることで、設計コストを削減し設計効率を向上する

  • 開発プロセスの早い段階にパフォーマンスと製造性の知見を提供する

  • 検証および製品の改良に詳細な属性固有のモデルを活用

  • シミュレーションモデルを使えば、実際のプロトタイプでは測定が困難あるいは不可能な結果を得ることが可能

  • 厳しい実稼働条件でのシミュレーションモデルの仮想試験の実施

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