コンピューター内での多種多様なシミュレーションを実現し、多岐にわたる事象の検証を実現したシステムがCAEです。このシステムを活用すれば仮想空間内で現実では不可能な検証を実現し、有効なデータを取得できます。
本記事ではCAEを詳しく解説し、機能や導入業界、メリットやデメリット、おすすめソフトも紹介します。
CAEとは
CAEとは英語の（Computer Aided Engineering）の略称で、コンピューター内に仮想空間を創造し、その中でさまざまなシミュレーションを可能にした支援システムのことです。例えば製造工程でCAEを使用すれば、実際に試作品などを製作せずにコンピューター内で仮の試作品を作成してデータ解析・検証ができます。
例えば工業用製品などの耐熱試験を行う際に、コンピューター内に1000℃以上の環境設定を行い、その環境下での製品の状態などを検証して有効なデータ取得が可能です。CAEを活用すれば試作品製作にかかるコストや、実験検証にかかる手間も削減できるため、近年はさまざまな業界への導入が進んでいます。
下記にCAE同様にコンピューター内に仮想空間を創造し、有効なデータ検証が可能な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の機能
CAEを導入すれば、バーチャルの空間内でさまざまなデータ解析・検証が可能ですが、具体的にどのような有効な機能を有しているのでしょうか。ではCAEの機能を詳しく解説します。
可視化機能
可視化機能もCAEの有効な機能の1つです。CAEを導入すれば製品にかかる負荷や温度など、通常では可視化できないデータを可視化できます。
特に製品にかかる負荷の偏り具合や、製品の温度変化などを細かく視認化できるので、製品設計・開発における精度を高めることも可能です。
検証機能
CAEの有効な機能の1つに、設計検証機能も挙げられます。CADを使用して実際に作成する製品を仮想空間内に設計し、そのデータをもとにしてCAE解析を行えば作動確認や強度、安全性などを検証可能です。
この機能を活用すれば、工業製品や航空機などの大型設備から、それらを構成する各部品に至るまで幅広い解析・検証が実現されます。
寿命測定機能
寿命測定機能もCAEの有効な機能の1つです。仮想空間内に投影する製品データがあれば、そのデータをもとにして大まかな寿命を測定することができます。この機能を活用すれば、製品保証期間や製品買い替え時期の設定に有効なデータ解析が可能です。
したがってこの機能の活用により、メーカーはユーザーに対して製品寿命に関する細かなアドバイスやサービスも提供できます。
CAEの導入事例
CAEは優れた解析・検証機能を持つ高精度なツールですが、具体的にどのような業界に導入されているのでしょうか。
エレクトロニクス業界
スマートフォンやPC内部に搭載される精密機械などを設計・開発するエレクトロニクス業界もCAEが広く導入されている業界事例です。例えばスマートフォンやタブレットなどをはじめとしたタッチパネル操作式の精密機械は、指の力次第で部品変形や破損する可能性があります。
そのような状況下でCAEを活用すれば、指の通過時にかかる本体への圧力や各種部品などにかかる圧力の可視化が可能です。その解析データを活用すれば、スマートフォン製造時の設計や部品選定に有効活用できます。
自動車業界
自動車業界では、1台の自動車を設計・開発するためには約3万個の部品が必要とされ、すべての部品のデータ解析・検証に大変な時間とコストが掛かっていました。
そこでCAEを導入すれば、各部品のデータ検証から設計・開発までの一連の流れをデータ化して解析・検証してくれるので、開発にかかる時間が短縮されて生産コストを抑えることもできます。
CAEを導入するメリット
CAEはデータ解析に有効なソフトで、導入により
- コスト削減
- 品質向上
- 多様な分野で検証できる
- DX推進促進
- 高精度なシミュレーションを実現
などのメリットを取得できます。ではそれぞれのメリットを詳しく解説します。
コスト削減
従来の自動車安全試験では、事故などの状況を想定して試作品に衝撃を与えてデータ解析・検証していたので、大変なコストが掛かっていました。
そこでCAEを導入してコンピューター内に試作品データを取り込み、仮想空間内で力を加えることで耐衝撃性などの測定が可能になりました。その結果として試作品製作にかかるコストや、検証にかかる時間的なコスト削減が実現された点がメリットです。
品質向上
CAEを活用しての分析では、現実では不可能な環境なども設定して製品試験などのシミュレーションを行うので、高精度な解析・検証が可能です。
したがって従来では不可能だった製品試験も可能なので、その動向に伴って製品品質が向上する点もメリットといえます。
多様な分野で検証できる
多様な分野で検証できるのも、CAE導入のメリットです。従来までの解析では実際に試作品を作成し、それから検証を行うので大変なコストが掛かっていました。
一方のCAEはPC内へのデータ入力後に簡単に多様なシミュレーションができるので、あらゆる分野における検証が可能です。
DX推進促進
CAEを導入すれば、DX推進を促進できるのもメリットです。CAEはコンピューター内の仮想空間内に試作品データを投影し、そのデータをもとにさまざまな解析・検証を行います。
そしてその手法は特に製造業を中心に活用され生産データをデジタル化し、そのデータをもとにして生産効率化を図る製造業DXも増加しているのが現状です。このようにCAE導入を導入すれば、生産効率化を図れるDXが推進されるのもメリットといえます。
下記に製造業で生産データをデジタル化し、デジタル化したデータを生産性向上に活用している製造業DX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。
高精度なシミュレーションを実現
現実では再現不可能な高温・低温環境や、無重力・真空状態などを想定した環境下での解析・検証がCAEの導入で可能です。このような解析を行えば現実では解析不可能な環境での分析が可能になるので、高品質なデータを取得できます。
一方でこのような高精度のシミュレーションを行うためには、高スキルの人材確保や特殊施設の開設などに費用が掛かる点も把握しましょう。
CAEを導入するデメリット
CAEを導入すれば、メリット同様にデメリットも生じます。
ではデメリットを詳しく検証しましょう。
実測値と異なる場合がある
実測値と異なる場合がある点も、CAEを導入する際のデメリットです。CAEによる解析はあくまでもデータ上の解析・検証なので、実際の検証データと異なる場合もあります。
したがって費用的な問題がなければ、CAE解析によるデータを行いながらも実際の検証も行い、実測値と比較しながら精度を高めるのもおすすめです。
人材確保が困難
効率的に運用できる人材確保が困難な点もデメリットとして挙げられます。CAEは有効な解析用ソフトウェアですが、精度が高いゆえに使用方法が難しく、スキル取得に時間がかかるのが現状です。
また企業側から考慮すればCAEのスキルをもつうえに、導入にかかるコストや導入後の運用方法やコストにも詳しい人材を確保しなければ成果を挙げることはできません。その一方で高いスキルが必要なCAEエンジニアの数が不足しているのが現状なので、CAEを有効活用できる人材確保が問題視されています。
おすすめのCAEソフト4選を紹介
CAEソフトは製造業をはじめ、さまざまな分野で使用されている有効なソフトウェアですが、実際にどのようなソフトが開発・販売されているのでしょうか。ここからはおすすめのCAEソフト4選を下記に表記し、それぞれを詳しく紹介します。
| CAEソフトの種類 | 特徴 |
| Fusion 360 | 設計や製図、製造や電子設計など幅広い分野で活用可能 |
| SOLIDWORKS | 設計・製造チームの同時データ共有が可能なので、設計段階から実際の製造工程に移る際の問題点の抽出が可能 |
| Ansys Mechanical | 音響や熱伝導、構造分析などのデータ解析を可能にしたソフトウェア |
| HyperWorks | さまざまな種類のCADやCAEとの連携が可能 |
Fusion 360
アメリカの大手ソフトウェア会社であるオートデスク社が開発・販売を手掛け、設計や製図、製造や電子設計など幅広い分野で活用できるCAEソフトがFusion 360です。このソフト1台で3DCADやCAM、CAEやPCBなどさまざまな用途に使用できます。
利用条件に関しても一定条件を満たしたスタートアップ企業は無料使用できるうえに、サブスクリプション契約も1ヶ月、1年、3年から最適なプランを選択できるのもメリットです。
SOLIDWORKS
SOLIDWORKSは新明和テクノロジー株式会社が開発・販売している構造解析用ソフトウェアで、プラスチックや弾性素材など、幅広い製品の解析を可能にしています。このツールでは設計・製造チームの同時データ共有が可能なので、設計段階から実際の製造工程に移る際の問題点の抽出が可能になり、生産ロスを防ぐことが可能です。
高精度なソフトウェアであるSOLIDWORKSを有効活用するためにも、2日間でSOLIDWORKSに関するスキル取得が可能なSOLIDWORKS講習をぜひご利用ください。
Ansys Mechanical
音響や熱伝導、構造分析などのデータ解析を可能にしたソフトウェアはアンシス株式会社が開発・販売している、音響や熱伝導、構造分析などのデータ解析を可能にしたソフトウェアです。幅広い解析を実現した汎用型ソフトであるAnsys Mechanical Proを中心に、より高精度な線型動解析を実現したPremiumなど幅広いラインナップも特徴といえます。
HyperWorks
アルテアエンジニアリング会社が設計・開発を行い、製品開発に欠かせない衝撃や流体、構造などの解析を可能にした統合CAEプラットフォームがHyperWorksです。汎用性が高く、さまざまな種類のCADやCAEとの連携が可能な点もメリットといえます。
多様な3Dシミュレーションも可能で、自動車や電機メーカー、OEMをはじめさまざまな分野に導入されているソフトウェアです。
CAEソフトを導入して設計の可視化を可能にしよう！
本記事ではCAEを分析してメリットやデメリット、おすすめソフトも紹介しました。CAEを有効活用すれば、生産における多様な設計データの可視化が可能です。
そして多様なデータを可視化することで、データ検証にかかるコスト削減ができるうえに高精度なシミュレーションにより製品品質を向上にも繋がります。今後CAEの導入を検討中であれば、本記事を参考にして最適なCAEソフトを導入して設計の可視化を可能にして生産性を高めてください。
また高品質なCAE解析を目指すなら、高精度なCAEソフトであるFusion 360の導入がおすすめです。さらに有効なCAEツールであるSOLIDWORKSに関する学習を深めたい方はSOLIDWORKSセミナーを一度お試しください。
