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製造業において図面の作成で用いられるツールとして一般的なものがCADになります。近年ではその中でも3D CADが用いられるケースが非常に増えてきました。本記事では、CADとは何か、そして3D CADの利点などについて解説していきます。

CADとは何か

CAD

CADとは「Computer Aided Design」のことで、コンピュータ上で図面を設計できるツールです。CADが主流となる以前は、図面は当然手書きで作成されていましたが、CADの普及によってデジタル図面をコンピュータ上で製図することが可能になりました。

CADを用いることで、図面中の数値がデータとして扱われるため、大量のデータの扱いも容易になり視認性、作業効率が格段に上がりました。

そんなCADですが、「2D CAD」と「3D CAD」の2種が存在します。これらはそれぞれ名前の通りに2次元の図面データと3次元の図面データを扱うことができるというものです。名前だけ聞くと3D CADの方が優れているのではと思いがちですが、それぞれに適した用途や強みがあります。以下ではそれらのメリット・デメリットを解説していきます。

2D CADについて

2次元データを扱うCADで、手書き図面のデジタル版と考えることができます。2D CADは一般的に設計物の詳細な規格や寸法の表記や確認を行うことに特化しています。平面に分解して描くことで、完成系のイメージがしづらいという欠点はありますが、逆にそれぞれの部分やパーツの情報はより詳しく見やすいものになります。

また、図面を紙で印刷したい場合などは2D CADのものを指す場合がほとんどです。部品単品で考える場合などは2Dの方が見やすい場合が多く、CADでの製図作業も3D CADに比べて容易といえます。

苦労する点は、図面の読み取りです。図面の読み取りにはある程度の知識が必要になる場合が多いですが、特に平面図の場合は特に一般的な前提やルールを知らないと理解ができません。2Dは完成系がイメージしづらいこともあり、図面の読み取りにはスキルが必要になります。

3D CADについて

3次元の立体図形を扱うCADで、製品の最終形をそのまま図面として表現することが出来ます。実際に制作する物の完成形をイメージしやすく、図面の読み解きになれていなくても直感的に製品の大体の様子を理解することができます。見る角度も360度どこからでも可能です。

2Dとの大きな違いとしては、図面の操作で内部構造を確認できる事です。例えば何らかの機械装置の場合、内部は複雑な機構で多くの電気ケーブルが張り巡らされているかと思いますが、3Dの図面ではその配置やスケール感まで分かり、PC上でのスクロール等で内部を確認することが可能です。また、配管の干渉や部品サイズの選定ミスのような設計上のエラーを自動検知する機能なども付属しているため、実際に制作を開始する前の段階で設計ミスを修正できます。

欠点としては、部分的な細かい数値の情報や、製作する上でのすり合わせなどは2Dの方が優れていると言えます。3D CADで製品の全体像を描くことは重要ですが、実際に製作する上では必ず2Dの図面が必要になります。また、2Dと比較してデータ容量が非常に大きく、環境によっては動作が鈍くなります。

製造業におけるCADの導入の現状

手書きの設計図

製造業において、現在では非常に多くの企業が2D CADを導入しています。企業規模が大きければ大きい程、扱うデータ量や図面が多くなるため、手書き図面をいまだに採用している企業は希薄と言えます。

しかし、その一方で3D CADの導入がされていない企業はまだまだ多いのが現状です。また導入していても3D CADを十分に活用できていない場合が多いです。以下に、3D CADの導入に関する問題点を挙げます。当てはまるかどうかを確認いただければと思います。

立体図を見るだけのツールになってしまっている

3D CADによって製品の完成形を立体図として見ることができる事は便利ですが、大体の配置や構造を確認するだけのツールになってしまっていることがあります。2D CADとの使い分けという点で、実際に詳細な設計では用いずに終わってしまうことが多く、干渉の確認や最適な配置の決定など、本来3D CADが得意とする領域に踏み込めていないのです。

2D CADとの互換性が薄い

CADは2Dと3Dをそれぞれ単独で活用したとしても非常に有用性は高いです。しかし、両方の導入をしている場合に、双方向の互換性やデータの統一を行わないことは非常に勿体ないことです。

連携が取れれば3D CADのデータから必要な部分を抜粋して2Dに落とし込んでいくことや、2D CADのデータを刷新した際に3D CADのデータも最新図として更新し互換性を持たせることなどを行うことで、双方向で確認・変更したい箇所を行き来できるようになるため、業務の効率化やクオリティの向上が見込めます。

3D CADを上手く扱える人材がいない

上記2つの内容に関係していることですが、企業の中で3D CADを使いこなせる人材が少ないことが挙げられます。3D CADは直感的に図面閲覧などの操作ができる一方で、詳細な設計業務や製図の方法などを知らずに表面的な使用をしているケースが多く見られます。

3D CADを導入するメリット

メリット

3D CADの普及が進んでいない企業も多いのが現状ですが、まず導入するメリットを理解していきましょう。ここではより具体的に利点について解説します。

直感的な形状の理解と操作が可能

3D CADは完成系の立体図が描画されているため、形状の理解が非常に容易です。形状の把握という点においては、とくに技術的な能力を問わずに可能です。3Dで作成された図面は360度回転可能で、拡大・縮小、さらには内部の構造もスクロールで見ることが可能です。

2Dの図面の場合にはどうしても理解するのに一定のスキルが必要となります。技術者同士であれば理解し、議論を交わすことは出来ますが、直感的な理解は難しいこともあり、より多くの人間と円滑にコミュニケーションをするには3D図面の方が簡単と言えます。

部品や配管などの「干渉」をチェックしやすい

設計をする上で、思い込みやケアレスミスなどから部品や配管などの干渉が生じることが多々あります。しかし3D CADではそのような物理的な「干渉」を発見し設計上の無理があることを知らせてくれます。

製作された部品が干渉してしまい組立ができない、といったようなミスを作図の段階で無くしてくれる為、非常に効率的かつ経済的です。

体積、表面積、重量、重心などの数値データが得られる

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3D CADでは体積、表面積、重量、重心のような数値データを容易に得ることができます。これらの情報は材質の決定や、部分負荷の計算、サイズの検討のために重要な幾何情報です。

しかし2D CADの場合は、寸法からこれらの情報を算出する必要があり非常に手間がかかります。ケアレスミスも起きやすく、設計ミスも起こりうる箇所です。また、設計変更で寸法が変わった際には再度検討しなくてはなりません。

設計に変更や改定はつきものですが、3D CADを活用すれば、これらの情報のアップデートも容易にスピーディに進めることができます。

複雑な形状の設計が比較的容易

3D CADは視覚的に直感的な理解が可能で、さらに数値の情報量も多い為、より複雑な形状の作図が可能です。

2Dの図面では複数の平面図の組み合わせを理解し、立体図を想像していく必要がある為、複雑な流線形や曲面の設計は得意とは言えませんでした。また形状が複雑になれば、それだけ図面の理解も難しくなるため、技術者の力量によって製作者同士の認識違いなどが発生してしまうこともあります。そのため製造効率やコスト面の問題を解決できないという側面もありました。

3Dは複雑な形状の描画が可能なことに加え、視覚的に完成系を共有できるため、近年はデザイン性の高い製品の製造が可能になってきたのです。

3D CADを導入する際のポイント

ポイント

3D CADは非常に便利なツールですが、導入にはいくつかのポイントを抑えることが重要です。またすでに導入しているものの上手く活用できていないという場合も以下の内容を確認してください。

まずは2D CADとの連携です。3D CADでハイクオリティな作図をした場合にも、実際の現場では2Dの図面に落とし込んでいく必要はあります。一方で、2Dの図面の読み取りの認識違いを防ぐためには3D図面のスピーディな確認ができる事が重要です。相互に2Dと3Dを行き来できるプラットフォームを構築することが、3D CADの有効活用につながります。

次に、3D CADを扱える人材の確保または育成です。3D CADは完成図面に関しては直感的で分かりやすい反面、作図には技術・経験が必要になります。そのため、システムを導入しても人材不足により活用ができないということを防ぐための準備をしましょう。

もう一つは動作環境です。3D CADは2次元情報を扱う2D CADよりはるかに高度な動作環境が必要です。そのため、スムーズな動作を求めるには、PCなどの動作環境の整備も重要になってきます。動作環境が悪い場合には、ソフトの立ち上がりが遅くなってしまうことや、動作が重くラグが発生することが起こります。その分、環境を整えさえすれば、高度な機能を使うことができるのです。

まとめ ~製造業における3D CADについて~

2Dと3DのCADにはそれぞれ求められる事が違い、どちらにも有用な点があるという事は念頭に置いたうえで、3D CADを上手く使うことで「より高度な設計を、より効率的に」行うことができます。是非3D CADの導入のポイントを確認し、より良い製品の生産に役立ててください。
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