CAE

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CAE: computer aided engineering)とは、コンピュータ技術を活用して製品設計製造工程設計の事前検討の支援を行うこと、またはそれを行うツールである。計算機援用工学(けいさんきえんようこうがく)[1]計算機支援工学(けいさんきしえんこうがく)[要出典]とも呼ばれるが、単にCAEと表現されることも多い。他の分野では、CAEに使用する手法であるシミュレーションコンピュータシミュレーション数値解析などの用語で呼ばれることもある。

概要[編集]

製品の設計時の検討は、コンピュータが発達する以前は、工学便覧に載っているような簡易計算でおこなっており、実物ができるまでその設計の細かな良し悪しがわからなかった。そのため、量産品を作る前に試作品を作り、その際に製造方法の妥当性を検証したり、また耐久試験などを行って製品の性能が十分かを検証していた。このような方法では、コストリードタイムも多く必要とし、また試作できる回数も限られることから最適な設計の追求も十分ではなかった。

コンピュータ技術の進歩により、以下のようなニーズが高まっていった。

  • 設計のCAD化によって容易に作れるようになった製品データの、コンピュータ計算への再利用。
  • CAMの普及により複雑な形状加工が実現したが、従来の机上計算では予測困難な製品形状の性能予測の実施。
  • 製品に対する要求性能が高まり、最適な設計条件を求めることが必要となる。
  • 投資、リードタイム圧縮のために試作を廃止したり、回数を減らす必要が高まる。

上記ニーズを満たすツールとして、各種CAEツールが登場し、設計における事前検討行為の一つとして普及していった。また、微細加工などの分野では、実験での科学的なデータ収集が困難なものも多く、実験の事前検討としての使用ではなく、現象の理論的な考察に使用される事も多い。

CAE作業の流れ[編集]

CAEの作業のフローは、以下の順番で行う。

  1. 解析する現象を予測し、解析内容を決定する
  2. 解析条件の整理
  3. 必要なデータの収集、CADで作成
  4. プリプロセッサにて、解析用データを作成(計算格子の生成など)
  5. ソルバーを実行して、シミュレーションを行う
  6. ポストプロセッサにて結果を分析

その結果を分析して実物を作る前に設計の妥当性、性能試験、最適形状や最適条件を検討して、製品の問題点の洗い出しを行う。必要に応じてこのフローを何回か回し、目標性能を達成させて製品設計を推進する。最後に試作品にてCAE結果の妥当性を確認して、量産品製造に着手する。業界によっては量産前の試作品を全く作らずに、CAE結果をもって量産品着手を行うことも多い。

解析手法[編集]

以下の3つが代表的である

主な適用分野[編集]

CAEの適用分野は機械工学電気工学電子工学建築工学土木工学化学工学など多岐に渡る。

主なメーカー[編集]

  • MSC Software英語版 - 2015年、溶接解析および積層造形のSimufact社を買収し[2]、2016年、流体解析のSoftware Cradle社を買収した[3]。2017年、ヘキサゴン社に買収された。
  • Dassault Systèmes - 2005年、Abaqus英語版社 (後のDassault Systèmes Simulia社) を買収し[4]、2006年、1D-CAEのDynasim社を買収し、2011年、複合材解析のSimulayt社を買収し、2013年、SFE社を買収し、2016年、CST社を買収し、同年、流体解析のNext Limit Dynamics (Next Limit Technologies英語版子会社) を買収し[5]、2017年、Exa Corporationを買収した。
  • ANSYS - 2003年、流体解析のCFX社を買収し、2006年、流体解析のFluent社を買収し、2008年、電磁界解析のAnsoft社を買収し、2017年、積層造形の3DSIM社を買収し、2018年、光学解析のOPTIS社を買収した。
  • Autodesk - 2008年、射出成形のMoldflow英語版社を買収し、2009年、構造解析および流体解析のALGOR社英語版を買収した。
  • シーメンス - 2007年、UGS社 (現Siemens PLM Software英語版) を買収し、2011年、複合材解析のVistagy英語版社を買収し、2012年、LMS Internationalを買収し、2016年、CD-adapco社を買収し、2017年、Mentor Graphics社を買収し、同年、電磁界解析のInfolytica社を買収した。
  • Altair Engineering - 2006年、構造解析のMECALOG社を買収し、2011年、流体解析のACUSIM Software社を買収し、2014年、電磁気解析のEM Software & Systems社を買収し、2017年、複合材解析のComponeering社を買収し、2018年、GPU流体解析のFluiDyna社を買収した。
  • ESI Group英語版 - 2011年、電磁界解析のEfield社を買収し、2013年、1D-CAE「CyModelica」開発元であるCyDesign Labsを買収し、2015年、AMOEBA社より流体解析のPRESTOを買収し、同年、流体解析のCiespace社の資産を買収し[6]、2016年、1D-CAEのITI社を買収し、2017年、オープンソースソフトウェア「Scilab」(1D-CAEモジュールのXcosを含む) の開発元Scilab Enterprisesを買収した。
  • NUMECA International - 1993年創業、これまでのところ売買収の波に飲まれていない数少ない独立系のCAEベンダー。
  • COMSOL英語版
  • AdvanceSoft
  • 科学技術研究所
  • ムラタソフトウェア
  • AMPS Technologies

主な解析の種類[編集]

(括弧内はCAEソフト)

 ※NX、Fusion 360など、最近の3D CADシステムには線形領域での構造解析機能を持ったものも多く、設計者自らが思考の過程でCAE結果を参考にすることが可能となっている.

金型分野への適用も非常に多い

  • 樹脂金型・樹脂流動解析(3D TIMON、Autodesk Moldflow、SIMPOE、Moldex3D)
  • プレス金型(Pam-Stamp、JSTAMP-Works、AutoForm、DYNAFORM、Altair RADIOSS、Altair HyperForm
  • 鋳造金型(ADSTEFAN、MAGMASOFT、Procast、ConiferCast、JSCAST、CAPCAST、Pam-Cast、AnyCASTING、Click2Cast
  • 砂ブロー造型金型(ArenaFlow)
  • 鍛造金型(Simufact Forming (旧MSC.SuperForge)、DEFORM、FORGE3、Altair HyperForm

積層造形 (Additive Manufacturing) 向けのものも登場した

  • 積層造形 (Autodesk Netfabb、Virfac Additive Manufacturing、Amphyon、ANSYS Additive Print、ANSYS Additive Suite (3DSIM exaSIMの後継[8])、Simufact Additive)

農業分野への応用も始った

地球物理土木地下水流分野への適用もある

バイオテクノロジー医用工学分野への適用

脚注[編集]

関連項目[編集]