近年急速的に進んでいる製造業DXにより、CAE解析のニーズが高まっています。今後はAIやIoTなどの先進技術との融合によりCAE解析の精度がさらに向上し、製造業における活躍の場が広がる一方です。
今後もニーズが期待できるCAE解析ですが、スキルや資格取得の方法が分からずにお困りの方も多いのではないでしょうか。そこで本記事ではCAE解析の種類を解説し、メリットやデメリット、学習方法や導入業界を紹介します。
CAE解析とは？
CAE解析とは英語の「Computer Aided Engineering」の略称で、日本語では「シミュレーション解析エンジニアリング」という意味の技術です。従来は多くの工業製品が耐震動や耐荷重、熱伝導率など多岐にわたる製品試験が必要で、試験に手間とコストが掛かっていました。
そこでCAEの導入により仮想空間内で製品テストのシミュレーションを行えば、試験にかかる手間とコスト削減が可能です。特に近年の製造業ではCAE解析同様にデータを仮想空間にデジタル化し、そのデータを生産に有効活用するデジタルツインも普及しています。
下記にデジタルツインを詳しく解説した記事を添付するので参考にしてください。
CAE解析の種類を紹介
CAE解析は主に振動解析や熱伝導解析、応力解析や流体解析の4つの種類に分類されます。下記に4つのCAE解析の種類と特徴を下記に表記し、それぞれを詳しく解説します。
| 解析方法 | 特徴 |
| 振動解析 | 少しずつ振動を加え、振動の力による影響を解析する方法 |
| 熱伝導解析 | 熱を加えて熱伝導率を測定・解析し、安全使用限界の温度測定を行う解析 |
| 応力解析 | 力に対する抵抗力などを測定する際に使用される解析技術 |
| 流体解析 | 熱や空気などから受ける影響を測定・解析する技術 |
振動解析
完成した製品を振動させた場合に、どのような効果が表れるかを解析・測定する解析方法を振動解析といいます。この解析は製品の耐久性を確認するために少しずつ振動を加え、振動の力による影響を解析する方法です。
特に自動車など、運転中に常時力が加えられている製品に関しては必須の解析分野といえます。
熱伝導解析
完成した製品に熱を加えて熱伝導率を測定・解析し、安全使用限界の温度測定を行う解析を熱伝導解析といいます。この解析はモーターやエンジンなど、常時熱が加わり続ける製品に欠かせない解析分野です。
応力解析
製品に荷重や力が加えられた際の変化を測定・解析する解析技術を、応力解析といいます。主に製品の耐荷重性や、力に対する抵抗力などを測定する際に使用される解析技術です。
耐荷重性や力に対する抵抗力は多くの製品に欠かせない要素なので、応力解析はCAE解析の中でも重要視されています。
流体解析
流体解析は製品が熱や空気などから受ける影響を測定・解析する技術です。コンピューター上で細かなシミュレーションを行い、流体力学の解法に沿って解析を進めます。
CAE解析導入のメリット
CAEは優れた解析技術を有し、効率的なシミュレーションを可能にした先進技術です。CAE解析のメリットには
- 高価値のシミュレーションを実現
- コスト削減
- 工期短縮
- 環境負荷を低減
- DX推進に活用できる
などのメリットがあります。ではそれぞれのメリットを詳しく解説します。
高価値のシミュレーションを実現
高価値のシミュレーションができるのも、CAE解析のメリットです。工業製品の中には1,000℃もの過酷な環境で使用する製品も多く、試験的に1,000℃の環境を設定するのは困難です。
そこでCAE解析を活用し、仮想空間内で1,000℃の環境設定化の試験を行えば、現実では不可能な高価値のシミュレーションを実現できます。
コスト削減
CAE解析を導入すれば、コストを削減できるのもメリットの1つです。従来は自動車の衝突に対する耐性試験でも、実際に自動車を衝突させて製品の耐性を解析していました。
一方のCAE解析ではデジタル空間内での耐性試験が可能なため、高精度なデータ検出ができるうえに耐性試験にかかるコスト削減も可能です。また耐性試験を行うための人的なコストや時間、原材料費なども大幅に削減されて相対的な製造コスト削減にも繋がります。
工期短縮
生産における工期を短縮できるのも、CAE解析導入のメリットの1つです。製品試験にCAE解析を導入しなければ、実験と施策を繰り返さなければいけないので手間と時間が掛かります。
一方のCAE解析ではコンピューター内の仮想空間のデータでの迅速な試験が可能なので、解析時間の短縮が可能です。その結果として製品完成までの工期が短縮され、ユーザーニーズに迅速な対応が実現されて他企業と差別化も実現されます。
環境負荷を低減
CAE導入により、環境負荷を低減できるのもメリットの1つです。前述の自動車耐性試験においても、従来は衝突実験を繰り返してデータ解析していました。
そこでCAEを導入して仮想空間内での解析を行えば、的確なデータ検出ができるうえに耐性試験による製品のロスを避けることも可能です。その結果として解析試験による廃棄物も削減され、環境負荷の低減に繋がります。
DX推進に活用できる
DX推進に活用できるのも、CAE解析を導入するメリットの1つです。近年は製造業にAIやIoTなどの先進技術を導入し、生産データのデジタル化により生産性向上を図る製造業DXに取り組む企業が増えています。
製造業DXにCAE解析を導入すれば各設備の状況や生産状況を可視化できるので、事業全体の生産性を向上させることも可能です。特に近年の製造業においては生産データのデジタル化が可能な製造業DXを進め、CAE解析によるデータを有効活用する企業が増加しています。
下記に製造業DXに関する記事を添付するので参考にしてください。またCAE解析との連動性が強いAIに関する知見を深めれば、製造業での効率的な導入が可能です。
そこでAIに関する知見を深めたい方は、講義やウェビナー、eラーニングでの効率的な学習が可能なAIエンジニア育成講座やビジネス向けAI完全攻略セミナーをぜひご利用ください。さらに製造業DXにおけるCAE解析の導入を進めたい企業様は、CAEとの関連性が深いAIとDXに関する人材育成が可能な企業向けDX・AI人材教育研修サービスの受講がおすすめです。
CAE解析導入のデメリット
CAE解析を導入すればいくつかのメリットを取得できますが、その反面でデメリットも生じます。ではCAE解析のデメリットを紹介します。
実測値との差が生じる
実測値との差が生じる点も、CAE解析導入のデメリットです。CAE解析は高精度な機能を有した解析技術ですが、あくまでもコンピューターを使用した仮想空間内での解析なので、シミュレーション時に実際のデータと差が生じるケースもあります。
したがって大まかな解析データの検出は可能ですが、正確な実測値を取る場合には実際の製品を使用した解析が必要です。
導入が困難
CAE解析は導入が困難な点もデメリットとして挙げられます。導入には多額のコストが掛かるうえに、解析ソフトを使いこなせる人材の確保も重要です。
市場におけるCAEエンジニアの割合は少ないので、専門的な知識を持つ人材確保には手間と時間が掛かります。また社内人材を育成するのも、教育や指導にコストや手間が掛かるのが現状です。
またCAE解析に詳しい人材を見つけても、自社の業種にも詳しくなければいけない点からも迅速な導入が困難な点もデメリットといえます。
CAE解析の学習方法
CAE解析は市場でのニーズが高く、習得すれば自身のキャリアアップを図ることも可能です。そこでここからは、CAE解析の学習方法を紹介します。
CAE解析ツールの基礎を学習する
CAE解析ツールの基礎を学習するのも、CAE解析の有効な学習方法の1つです。CAE解析のほとんどが「プリプロセッサ」「ソルバー」「ポストプロセッサ」と呼ばれる3つの機能から構成されており、その学習を深めれば習熟を早めることができます。
CAE解析では最初にプリプロセッサで解析に必要なデータ入力を行い、その後にソルバーが解析に必要な計算を行います。そして最後にポストプロセッサによりデータの可視化を行い、検出したデータを今後の有効なデータとして保存・フィードバックを行う流れです。
このようなCAE解析の一連の流れを把握しながら学習を進めれば、未経験でも習熟早めることができます。
基礎知識を取得する
基礎知識を取得するのも、CAE解析の有効な学習法の1つです。有効な基礎知識には、製品の荷重試験や耐性試験を行う際の力の計算を行うために必要な「材料力学」、細かな解析を行って実測値に近い推移値である「近似値」を求めるために必要な「有限要素法」などが挙げられます。
専門資格取得で学習する
CAE解析を学習するためにも、専門資格取得を目指しながら学習するのもおすすめの方法です。CAE解析関連の資格には、計算力学技術者（CAE技術者）や情報処理技術者試験、固体力学分野の有限要素法解析技術者、熱流体力学分野の解析技術者、振動分野の有限要素法解析技術者などさまざまな資格があります。
それぞれの資格の詳細をリサーチし、自身の業務に適した資格取得を目指せば効率的な学習が可能です。
CAE解析を導入している業界を紹介
CAE解析を導入すれば製品試験などにかかるコストを削減できるので、さまざまな業界への導入が進んでいます。ではCAE解析を積極的に導入している業界を紹介します。
自動車業界
自動車業界も積極的にCAE解析を導入している業界の1つです。大手自動車メーカーの本田技研工業では自動車設計の立案にCAE解析を利用し、最適な開発モデルのシミュレーションに成功しました。
この導入により試作品開発の手間を削減して製品完成までの工程短縮などの成果を挙げています。またトヨタ自動車もグループ全体でCAE解析を利用可能なシステムを構築し、この導入により大量生産時の同時解析や複数製品の同時解析に成功しました。
その結果として製品生産精度が向上し、完成までの工程を短縮に成功した導入事例です。
エレクトロニクス業界
CAE解析が導入されている業界の1つとして、電化製品や電子製品、半導体などを製造するエレクトロニクス業界も挙げられます。中でも近年普及しているワイヤレス充電方式を導入している製品に関しては、CAE解析を使用して充電効率をシミュレーションしている事例です。
また家電製品製造などの分野でも、製品の設計が完了した時点で製品強度の確認のためにCAE解析を利用するケースも多く見受けられます。
CAE解析を効率的に導入しよう！
本記事ではCAE解析の種類を解説し、メリットやデメリット、学習方法や導入業界を紹介しました。CAE解析の導入に成功すれば製品試験や解析効率が向上し、最終的には生産性を向上させることも可能です。
特に近年普及している製造業DXやAI、IoTとの連携で効果を最大化させることができるので、本記事を参考にCAE解析を効率的に導入してください。またCAE解析との連携性が深いAIに関する学習や、ビジネスにおけるDXとの関連性を学習するためにも、AIエンジニア育成講座やビジネス向けAI完全攻略セミナー、企業向けDX・AI人材育成研修サービスの利用がおすすめです。
