3 次元設計の“いいとこ取り”： CAD の活用で 2 次元設計を部分最適化産業機械を中心とする製造業において、製品設計や機械設計を行う 設計部門と、そこで行われる製図は不可欠な存在だ。 精度の高い部品が必要とされるようになった産業革命以降、 図面を通して行われる設計が一般的になっている。

参考ソフトウェア

Product Design & Manufacturing Collection（製造業向けコレクション）

Inventor Professional（機械系 3 次元 CAD）AutoCAD（汎用 CAD）AutoCAD Mechanical（機械設計 CAD）AutoCAD Electrical（電気制御設計 CAD）

日本でもドラフターによる製図の時代が長く続き、CAD が進化した現在も、製造業界では 2 次元設計が行われているケースが多い。その 2 次元設計者たちからは、とりわけ以下の部分に課題を感じていると聞くことが多い。

1. 複雑な形状の認識2 次元の図面から 3 次元の形状を頭の中に思い描く 必要があるが、複雑な形状の 場合は、経験や慣れがないと難しい。

2. 設計ミスの可能性2 次元の図面だけでは、干渉の発生を把握したり、機構の正確な動きを理解したりするのが難しい場合がある。

3. 設計に必要な情報の把握設計には強度や振動の 計算、重量などの算出が 必要だが、そうした作業とは製図とは別のものとなる。

こうした問題の多くは、3 次元設計を行い、3 次元モデルや物理情報を活用する ことで解決できる。だが、日々忙しい設計者が新しいツールをすぐに業務で 使うのは難しいし、これまでの歴史や文化を変えるのは大変な作業だ。

その一方で、3 次元 CAD を使いこなすことにより、形状・機構を視覚的に理解でき、図面を把握するのが慣れていない部署からもフィードバックが得られるなどの メリットが生まれる。そしてそれにより、設計品質の向上や設計期間の短縮なども実現可能だ。

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2 次元と 3 次元の設計を併用ここで重要なのは、2 次元設計と 3 次元設計が、二者択一的に「切り替え」を行うもので

はない、ということだ。 2 次元設計を基本としながらも、必要なタイミングで 3 次元設計を活用し、また 2 次元設計に戻る「併用」もできる。それによって、3 次元設計への移行期間中、あるいは全てを3次元で設計する時間がないような場合にも、3 次元設計ならではのメリットを活用することができるように

なる。その代表的なメリットである 3 つの例を紹介しよう。

1. 構想設計における干渉チェック

Inventor の干渉解析

2 次元図面のデータをもとに、必要な部分だけを押し出し、またはモデリングを行うこと

で、干渉チェックや目視による 3 次元でのチェックを行えるようになる。 3 次元化することで形状認識が容易になり、あらゆる方向

から確認を行えるため、思い違いなどによる ミスを防ぐことが可能。担当設計者以外で

あっても、不具合を目視で容易に確認できる。

この作業を行うには、2 次元図面のデータを 3 次元 CAD へ読み込み、その一部を 3 次元にすることになる。その際、異なるベン

ダーのソフトウェアを使うと、データを読み

込むことができても、文字化けが発生する、

または線分がつながっていないためソリッド

化できないなどの問題が起こることがある。

その修正作業などで効率が大きく下がる場合

があるので、高いレベルでの互換性、相互

運用性が確保されていることを事前に確認す

る必要がある。

設計の作業において、設計変更は付き物だ。

その際に、2 次元のデータ変更が 3 次元側に 自動的に反映されるかなど、シームレスな環境

を実現できているかどうかを必ず確認しておこ なう。それが、繰り返し行われる設計変更に要

する手間と時間が大きく左右することになる。

2. 解析による検証

Inventor の線形静解析

装置の可動部分やその周辺が壊れずに問題

無く動作するかを確認する際、設計している 装置全体でなく、その一部のみに解析（シミュ

レーション）が必要な場合も多い。解析は

従来、外部の業者に委託するか、実際に作っ

てみて試すことが多かったが、コンピュー

ター内でシミュレーション可能になることで、 期間やコストの大幅な短縮になる。

この場合、CAD と CAE が別ソフトウェアだと、STEP や IGES 形式などの中間ファイルに よるエクスポート / インポートや解析条件の再設定など、手間のかかる作業が必要とな

る。最適な形状を見つけるには、形状変更

と解析を何度も繰り返すことになるため、そ

の作業をスムーズに行える環境が構築できる

かどうかを確認しておこう。

3. 重量を取得してコスト判断全体を 3 次元モデル化することで、正確な重量や重心位置を確認できる。これにより設計

重量（図面から読み取った概算の重量）と実

重量との差を最小にでき、正確なコストの把

握や、より精度の高い見積もりの算出も行え

るようになる。

昨今は経営陣からも、標準化やモジュール

化、自動化など「設計ルールの構築」に対する

関心が高まっている。 3 次元設計へ移行を進めることは、設計者にとってはミスの修正よ

りも設計そのものに時間を使えることになり、

同時に設計ルールの構築による工数短縮、 コストダウン、品質向上にもつながっていく。

*このストーリーは、オートデスクの運営するオンライン パブリケーション「Redshift 日本版」に掲載された ものです。

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3 次元 （構造解析）

出図開発スタート 3 次元部分活用のイメージ

課題課題

課題

3 次元 （干渉・質量・重心）

2 次元設計

3 次元 （形状検討）

* 2 次元 CAD 参考ソフトウェア： AutoCAD / AutoCAD Mechanical / AutoCAD Electrical

* 3 次元 CAD 参考ソフトウェア： Inventor

* Product Design & Manufacturing Collection には、Inventor、AutoCAD / AutoCAD Mechanical / AutoCAD Electrical など、10 製品以上のソフトウェアが含まれています。