第8回 企画CAEの運用と応用 | DX時代の製品開発プロセスとCAEの重要性

前回（第7回）は、企画CAEの概要と課題について以下のように紹介しました。

企画プロセスにおいては、製品の性能ポテンシャルを最大限に引き出すと共に、性能目標未達成等の手戻りを未然防止するために、MBD手法を導入してプロセスを体系的に再構築する必要があります。プロセスの中核であるシステム性能設計では、モデルを用いて性能最適化、目標達成予測、目標間のトレードオフ検証等を行います。

今回（第8回）は、企画CAEの開発現場における運用と応用について、前回同様に自動車用エンジン開発（ハードウェア主体）を例に企画プロセスと併せて解説します。

開発現場での安定的な運用のためには、プロセスの構築だけでなく、運用に向けた仕組み作りが重要です。重点はプロセスの標準化、および情報基盤であるPLM（Product Lifecycle Management）の構築と実装です。

まず、個人に依存しないようにプロセスを標準化します。自部門だけでは企画が完結せず関連する他部門と仕様調整等が必要であれば、それら一連のプロセスも含めて標準化し時系列で連結します。既に解説しましたように、プロセス標準化の基本的な手法はSIPOCとRFLPです。なお、効率向上効果はプロセス構築だけでは限定的で、プロセスを標準化することにより大きくなります。CAEによる最適化ワークフローや帳票作成に代表される定型作業等を自動化すれば、さらなる高効率化や高速化が可能です。

次に、標準化されたプロセスを情報基盤に実装し、製品の技術企画時に活用します。企画情報（技術文書等）はPDM（Product Data Management）の一環で、共有や再利用のため情報基盤に格納します。同様に、企画CAE情報（モデルやデータを含む）も情報基盤に格納することが始まっており、SPDM（Simulation Process & Data Management）と呼ばれています。目標変更や派生開発等を目的として、各階層で作成したモデルを修正することも多く、モデルのバージョン管理も不可欠になってきました。

企画時の代表的な技術文書の一つに仕様書（名称は一例）があり、企画プロセスにおける主要な成果物でもあります。対象システムの検討経緯や設計結果（性能、信頼性等）等を階層毎に仕様書としてまとめ、階層間で共通言語として共有し連携します。一般的に、仕様書の主な要点は以下の通りです。

（1）目標設定
　・製品企画や上位階層からの要求を整理し、システムの性能目標を設定する
　・複数目標（多目的）であれば、必要に応じて目標の優先度を設定する
（2）性能設計
　・最適化により技術ポテンシャルを引き出すと共に、目標達成度を検証する
　・目標未達成であれば、目標を再検討するか、新技術の採用等を検討する
（3）信頼性設計
　・必要に応じてシステム信頼性やロバスト性を検証し、重大なリスクがあれば対策する

概して製品性能は多目的であり、目標間にはトレードオフが存在することがよくあります。現段階では、3目的以上の最適化を解析的に実施することは難しく、各目標に優先度を付けることが普通です。2目的最適化において、モデルを用いて広範囲にパラスタすると目標間にトレードオフ関係があればパレートラインが求まり、これが技術ポテンシャルでありシステムの性能限界となります。言うまでも無く、限界を超えた設計は不可能であり、さらなる性能向上が要求されるのであれば新たな技術が必要です。

MBDに基づく開発プロセスは、3次元の形状ではなく1次元の機能（物理式）でシステム設計を進める手法のため、汎用性が高く様々な応用が可能です。以下が主な応用例です。適切に応用することで、さらに効率的でスピーディな開発が可能になります。一括企画は製品開発の主流になりつつあり、3次元設計も併用して主要部品の共通化やモジュール設計も組み合わせることでコストダウンも狙います。

（1）派生製品の一括企画
　・基本モデルから派生モデルを作成することで、全派生製品を一括で効率良く企画する
（2）効率良い改良開発
　・RFLPで機能と構造を関連付け、目標変更時にシステムや部品への影響を明確にする
（3）迅速な新製品提案 ＊例：部品会社から自動車会社への新製品提案
　・製品モデルをエンジンモデル等に組込み、性能向上効果を検証して迅速に提案する
（4）効率良い技術探索
　・新規アイデアをモデル化し、試作せずにポテンシャルの高いアイデアを絞り込む

企画プロセスや企画CAEの安定的な運用のためには仕組み作りが重要であり、重点はプロセスの標準化、および情報基盤PLMの構築と実装です。企画情報（仕様書等）はPDMとして、企画CAE情報はSPDMとして情報基盤に格納します。MBDに基づく開発プロセスは汎用性が高く、一括企画等への応用が可能です。次回（第9回）は、今後の普及拡大が期待される設計CAEの概要と課題について解説します。