■テクニカルレポーター：カニャンタ・ムバンガ（Kanyanta Mubanga）

■概要：

コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアは、さまざまな領域のデザイナーやエンジニアが、あらゆるプロセスで使用しています。デザイン、シミュレーション、製造など、さまざまな分野で活躍する人々のワークフローの主役となっています。CADソフトは、デザインコンセプトやドラフトを視覚的に表現するだけでなく、特許申請などデザインを法的に保護したり、コンプライアンスを確認したりするためのドキュメント作成にも役立ちます。

はじめに

コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアは、さまざまな領域のデザイナーやエンジニアが、あらゆるプロセスで使用しています。デザイン、シミュレーション、製造など、さまざまな分野で活躍する人々のワークフローの主役となっています。CADソフトは、デザインコンセプトやドラフトを視覚的に表現するだけでなく、特許申請など法的保護やコンプライアンスチェックなど、ドキュメント化にも役立ちます。

CADソフトは、原点である設計・製図のためのツールから、より複雑な機能を持つものへと進化してきました。高度な計算や各種解析、公差や材質などの技術情報を提供するモジュールも搭載され、プロ仕様のソフトウェアも登場しています。

異なる専門分野のスペシャリストは、CADソフトウェアを使用して、空気力学、熱特性、運動学的パラメータ、応力など、専門分野に関連する特性を設計面で検討します。

この記事では、機械エンジニアが利用できる代表的なCADソフトをいくつか紹介します。また、それぞれの長所と短所、価格、主な機能についてもご紹介します。

機械系エンジニアに最適なCADソフトはどう選ぶ？

自分のニーズに合ったCADソフトを見つけることができれば、将来的に多くの不満を解消することができます。しかし、間違ったソフトウェアを選ぶと、製品自体のコストだけでなく、時間的な投資も無駄になってしまいます。例えば、適切な機能を備えていない、ワークフローにシームレスに溶け込めない、あるいはワークフローを混乱させるようなソフトウェアです。

また、あなたの専門知識のレベルにかかわらず、各主要プラットフォームには、ちょっとした学習曲線があります。そこで、あなたにぴったりのCADソフトを見つけるために、考慮すべき点をいくつかご紹介します。

本当に効果があるのでしょうか？

まず、ワークフローに必要な機能をソフトウェアが備えているかどうかを確認します。設計や製造など、さまざまなアプリケーションのシナリオに対応するため、あなたにとって重要な機能性があるはずです。例えば、多面的なチームがある場合、そのソフトウェアにはコラボレーション用のオプションがあるのかどうか。電気と機械など、異なるデザインの側面を1つのプロジェクトに組み込むことが可能か、また異なるバージョンを管理するオプションがあるのかどうか。ワークフローをスピードアップし、デザインを標準化するためのテンプレートや オートメーション機能は備わっているでしょうか？

【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

ワークフローに必要な機能を備えたソフトウェアであることを確認する。既存のワークフローに簡単に組み込めるでしょうか？

また、ソフトウェアが製造工程をどの程度サポートしているかも考慮する必要があります。例えば、積層造形を行う場合、3Dモデルの設計、印刷、検証をサポートする機能があるのか？また、コンピュータ支援製造の場合は、機械加工、金型製造、フライス加工などの機能があるか。

これらはすべて、選択する際に必要な重要な質問と考慮事項です。

他のソフトウェアとの連携

たとえ機能豊富なアプリケーションを選んだとしても、機械エンジニアの仕事の大部分は、CADモデリングソフトウェア以外の場所で行われます。そのため、ワークフローの中で他のプラットフォームと簡単に統合できるか、少なくとも許容できるレベルの互換性があることが重要です。

また、品質管理やリバースエンジニアリングなど、異なるシステムを使用しているチームメンバーとの連携にも、クロスコンパチビリティが役立ちます。ネイティブな統合が不可能な場合は、少なくとも、通常使用するファイルタイプに共通の互換性があることを確認します。

カスタマーサポートとユーザーコミュニティ

また、万が一問題が発生したときに、サポートを受けられるかどうかも重要なポイントです。新しいソフトを使いこなすためのサポートや情報が充実していれば、その後の生活もずっと楽になるはずです。

【キーポイント】－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

強力なユーザーコミュニティがあれば、どれだけのサポートやリソースを利用できるかを知ることができます。

まずは、その製品がリソースを共有する活発なコミュニティを持っているかどうかを確認するのがよいでしょう。包括的な製品マニュアル、ハウツービデオ、質問できるフォーラムなど、豊富なサポートリソースがあれば、新しいソフトウェアをどれだけ使いこなすことができるか、また、すでに利用できるリソースがどこまであなたを助けてくれるかに大きく貢献することができるのです。

機械工学に最適な3D CADソフトウェア

SOLIDWORKS（ソリッドワークス）

ダッソー・システムズ社の製品であるSOLIDWORKSは、CADソフトウェアの分野では有名な製品の一つです。さまざまな規模の企業、3DメカニカルCAD、設計検証、データ管理のスキルを身につけたい人、起業家、スタートアップ企業、研究開発チームにとって、最適なソリューションです。この強力なソフトウェアは、30年以上前から市場で圧倒的な存在感を示しており、3D設計とエンジニアリングのためのユーザーフレンドリーな機能を提供しています。

SOLIDWORKSは、3Dモデリング、電気回路図設計、およびさまざまな複雑さの部品やアセンブリの2D図面を作成するためのツールを備えています。SOLIDWORKSは、動作や応力の解析、コストの見積もり、製造可能な設計の検証などの機能も備えており、クラウドに対応しているため、さまざまなコラボレーションやバージョン管理ツールも提供しています。シミュレーションを使用すると、さまざまなアプリケーションシナリオでモデルの物理的な現実世界の挙動を分析することができます。

Siemens NX（シーメンスNX）

Siemens NXは、機械工学ソフトウェアにおける業界リーダーとして広く知られています。その理由は、NXが提供する機能のリストを見れば一目瞭然です。その機能は、単純なCADツールにとどまらず、コラボレーションやコミュニケーションのための包括的なソリューションや、エンジニアリング解析、設計、トポロジー最適化などの高度な機能まで含んでいます。自由曲面設計、パラメトリックソリッドモデリング、ルーティング、機械配管、電気配線設計などのツールは、このソフトウェアが提供する多くのツールのほんの一例に過ぎません。

Dassault CATIA（ダッソー・キャティア）

Image source: 3DS_CATIA/YouTube

ダッソー・システムズのCATIAもまた、機械エンジニア向けのCADソフトとして、業界で人気の高い製品です。製品のウェブサイトでは、「世界をリードする製品設計と経験のソリューション」と称し、その主張を裏付ける多くの機能を提供しています。通常のCADモデリング機能に加えて、最適化機能を備えており、部品やアセンブリを細かく調整することで、自動車工学において重要な軽量化を実現します。部品の重量を最小限に抑え、剛性を向上させ、材料の使用量を減らし、ひいてはコストを削減するためのツールも用意されています。

リバースエンジニアリングや工業デザインに興味のある方には、ダッソーが「Computer Aided DesignからCognitive Augmented Designへのシフト」と表現しているものが特に喜ばれるでしょう。CATIAは、与えられたデザイン空間に基づいてデザインを提案し、フライス加工、鋳造、鍛造、3Dプリントなどの製造プロセスに応じて最適化する機能を備えています。CATIAに設計空間の境界、想定される荷重や力、材料などの設計仕様を伝えるだけで、ソフトウェアがトポロジーに最適化されたコンセプトを生成し、ソフトウェア内や他のチームとの間で微調整や検証、コラボレーションを行うことができます。

Fusion 360（フュージョン360）

Fusion 360は、Autodesk社が開発した人気のCADソフトウェアです。クラウドベースのプログラムであるため、チーム内やチーム間のコラボレーションに最適で、プロジェクトのバージョン管理手段も提供されています。ソリッド、メッシュ、パラメトリックモデリングのための機能を備えています。CADモデルの作成、機械図面への詳細の追加、3Dアニメーションやレンダリングも可能です。Fusion 360は、2D描画ツールやシミュレーション機能も備えており、CADを使用している場合は旋盤加工やフライス加工もサポートします。

3DスキャンをCADに変換する方法

3Dスキャンは独自のメリットをもたらし、さまざまなワークフローに効率性、汎用性、品質を付加します。データの取り込み速度の速さ、危険な場所や手の届きにくい場所での利便性、非接触でのデータ取り込み、詳細度の高さと人為的なミスや測定漏れのなさ、そしてこの効率性がもたらすコストと時間の節約。

プロ仕様の3Dスキャナは、驚異的な精度で高解像度の3Dモデルを作成できますが、このスキャンデータは、必ずしもエンジニアがすぐに使えるものではありません。次のステップは、モデルを分解し、分析し、修正することができるようにすることです。3Dスキャナが出力する点群やメッシュデータの問題は、モデルが彫像や彫刻のような一枚岩であることです。一方、エンジニアが必要とするのはパラメトリックモデル（数式やパラメータで定義されたモデル）です。そこで、スキャンCADソフトの出番です。

スキャンCADソフトウェアは、3Dスキャンデータを取得し、それを参照としてCADモデルを作成し、簡単に修正することができます。これは、ゼロからCAD設計を始めるよりもはるかに効率的で、より正確です。高精度の3Dスキャンメッシュは、寸法や断面などの幾何学的情報を提供します。このように、3DスキャンデータをCADモデリングのリファレンスとして使用することで、より効果的で正確なプロセスを実現することができます。

市場には、いくつかのスキャンCADソリューションがあります。ここでは、その中でもトップクラスの選択肢をいくつかご紹介します。

Artec Studio（アーテックスタジオ）

Artec Studioは、毎年改良、新機能、新技術を追加して更新される3Dスキャンと3Dデータ処理プラットフォームで、エンジニアリングプロセスを簡素化し強化します。このソフトウェアは、強力なスキャンからメッシュまでのワークフロー自動化、より高品質なメッシュのためのデータ取得を強化するAIニューラルエンジン、最大5億ポリゴンという非常に大きなデータセットを処理する能力を備えています。さらに、Artec Studioは強力なフォトグラメトリー機能を備えています。画像をインポートして点群を生成し、計測関連のアプリケーションで使用したり、大きなオブジェクトやシーンを3Dスキャンするための参照データとして使用することができます。

機械エンジニアにとって最も重要なのは、Artec StudioがスキャンからCADへのプロセスを可能な限りシームレスにするよう設計されていることです。リバースエンジニアリングや検査、あるいはアニメーションやCGIで使用するために、スキャンデータを簡単にCADモデルに変換することができます。CADプリミティブを3Dモデルにフィットさせ、正確に位置決めすることも苦になりません。このソフトウェアは、ほとんどのワークフローにシームレスに組み込むことができます。STEPファイルをSOLIDWORKSに直接エクスポートしたり、複雑なメッシュをGeomagic Design XやGeomagic for SOLIDWORKSにエクスポートすることができ、アプリケーションシナリオにさらなる柔軟性と多様性をもたらします。

Geomagic Design X（ジオマジックデザインX）

Geomagic Design Xでは、3Dスキャンから3Dモデルを作成することができます。これにより、現実のオブジェクトの編集可能なデジタルコピーを簡単に作成できるようになり、リバースエンジニアリングのプロセスが大幅に簡素化されます。Design Xは、大規模なデータセットを迅速に処理し、ソリッド、サーフェス、メッシュといった異なるフォーマットで3Dモデルを作成することができます。Geomagic Design Xで作成されたモデルは、設計履歴をすべて残したまま他のCADソフトウェアにエクスポートして、より複雑な操作を行うことができます。

Geomagic for SOLIDWORKS（ジオマジック・フォー・ソリッドワークス）

Geomagic for SOLIDWORKSは、SOLIDWORKSに直接インストールし、SOLIDWORKSから直接Geomagicの機能を利用できるようにすることを目的としています。Geomagic for SOLIDWORKSは、スキャンからCADへのワークフローを改善し、製品ウェブサイトによると、有機部品の一般的なCADと比較して、リバースエンジニアリングのワークフローを最大50％短縮するなど、かなりの効率化を実現します。

いかがでしたでしょうか？結局のところ、自分に合ったソフトウェアは、何のために必要なのか、ワークフローに不可欠な機能は何か、そして何を投資する気があるのか、ということに尽きます。これらの選択肢を試してみてください。あなたが探しているものが見つかり、より大きなソリューションと成功につながることを願っています。