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概要

製品設計には様々なアプローチがあり製造に大きな影響を与えます。実際、3次元設計は製造プロセスの効率化に対してより大きな可能性を持っており、特にDFM (Design for Manufacturability) ツールやアプリケーションを使用することでその効果は大きくあらわれます。これらの技術により製造の遅れ、コストの超過、製造現場での改造など、企業の成功と競争力にマイナスとなるさまざまな問題を回避することができます。

DFM (Design for Manufacturability) を使って製造の時間とコストを削減

ホワイトペーパー

設計と製造は両輪

今日のグローバルな市場で勝ち抜くには、革新的でクリエイティブな製品設計だけでは不十分です。成功には、市場投入時の競争に勝つと同時に、開発コストを抑制し、高いレベルの品質を維持しなければなりません。

これらの目標を達成するには、製品開発サイクル全体を通じて効率的で一貫性のあるプロセスの実装が必要です。素晴らしい製品設計を作成しても製造過程で問題に直面すれば健全な利益の確保、積極的な製造スケジュール、あるいは一貫した製品品質等、企業の成功に必要な条件は達成できません。

3次元製品設計は製造問題のパズルを解決するための重要なピースです。それは製造プロセスを時計のように正確に動かすことが可能になるからです。設計サイクルを短縮することに加えて、DFM (Design for Manufacturability) ツールを備えた3次元設計プラットフォームは、製造を自動化し、効率化することにより製造の諸問題の解決を支援します。

部品の切削加工、金型作成、板金加工、金属部品の鍛造や鋳造、サブアセンブリの組み立てなど、あらゆる場面において3次元DFM機能は時間の短縮、コストの削減、品質の向上に寄与します。

DFMによる製造の効率化

切削加工のための設計CAMソフトウェアの出現は切削加工の生産性に飛躍的な進歩をもたらしましたが、DFMツールを持つ統合された3次元設計システムを使用することによりさらなる効率化を実現できます。ミル、ドリル、パンチ、レーザー／ウォータージェットカッティング、マルチアクセス、ワイヤEDM、など、使用プロセスにかかわらず、重要要件の達成は正確でクリーンな3次元ジオメトリと、ニーズに最適な加工技術の選択にかかっています。

設計データを CAM システムに読み込むことは始まりにすぎません。設計に変更を加える、あるいは技術的な変更要求に対応しなければならない場合どうしたら良いでしょうか？CADシステムとCAMシステムは統合されていて、「設計された」モデルと「加工された」モデルの間で変更が継承されるようになっているでしょうか？DFMツールを使ってモデルに製造上の問題がないかチェックされているでしょうか？たとえば、穴はきちんと整列していますか？公差のスタックアップ、干渉のチェック、材料使用量を減らすための最適化などを行った人はいますか？加工の途中で変更が行われた場合ドキュメンテーションにはどのような影響があるでしょうか？

これらの問題はすべて、ダウンタイムの発生、コストの増大、スクラップ／手戻りの増大につながる可能性を持っています。製造現場で予期せぬ問題が発生することは最も避けたい事態です。DFMツールは切削加工プロセスでつまずきが発生する可能性を最小化するのに役立ちます。

DFM (Design for Manufacturability) を使って製造の時間とコストを削減 2

3次元製品設計は製造問題のパズルを解決するための重要なピースです。製造プロセ

スを時計のように正確に動かすことが可能

になるからです。

3次元のコアとキャビティ機能は金型の開発を促進するものですが、DFMツールを使って成形の可能性を評価することにより、

製造上の問題を回避し金型の寿命を延長す

ることができます。


成形可能性を考慮した設計製造企業はますます多くの製品の製造に金型を利用しています。しかし金型メーカーが口を揃えて言うように、どんな形状でも金型成形できるわけではありません。射出成形、熱成形、樹脂充填、中空成形、回転成形など、成形方法にかかわらず、品質の高い部品を大量に成形するには設計の成形の可能性を考慮することが鍵となります。

3次元のコアとキャビティ機能は金型の開発を促進するものですが、DFMツールを使って成形可能性を評価することにより、製造上の問題を回避し金型の寿命を延長することができます。たとえば、金型から取り出す際に部品が損傷しないよう抜き勾配解析は行われているでしょうか？金型のコスト増大につながるアンダーカットはどうでしょうか？アンダーカットの場所を特定し、ツーリング設計前に解消することができますか？部品の厚みは均一ですか、厚過ぎていませんか？パーティングラインは設計の外観に対して許容できる位置にありますか？流体解析あるいは熱解析を行うことは金型の設計と成形プロセスを最適化するのに役立つでしょうか？変更が必要になった場合、どのように対応しますか？部品設計が変更された場合、金型も自動的に更新されるようになっていますか？部品の現状の設計と新しい設計をすばやく比較し、どこに材料が追加されているか、どこから取り除かれているか、どのような側面が変更されているかを確認できますか？金型設計において、収縮に対する補正を行っていますか？

金型を使った製造上の問題を回避し、金型の寿命を延長するは、企業のコストと時間の節約につながります。DFMツールは金型を使った製造上の目標達成に役立ちます。

…実際の例高性能のチタン製車椅子を製造する大手メ

ーカーTiSportは、SolidWorks 3次元設計ソフトウェアに完全に統合されたCAMパッケージを使って切削加工処理を最適化しま

した。この統合により同社は SolidWorksのコンフィギュレーションを使って切削加工

を効率化し、製造コストを年間 $400,000削減しました。

…実際の例SolidWorks Flow Simulation ソフトウェアを使用することにより、Pyrex 耐熱皿のメーカーとして知られる World Kitchen LLCは熱成形製造プロセスを最適化し、溶融ガラス

と共に使用するモールドフィクスチャの温

度を精密に管理することに成功しました。

この改善により製造時間を 40パーセント短縮し、年間製造コストを $230,000 削減することができました。


部品を鋳造する場合も鍛造する場合も、3次元設計およびDFMツールを使って部品の抜き勾配を確認し、フィクスチャ、ダイ、モ

ールドの強度と精度をチェックできます。

DFMは製造ベンダーとのやり取りを効率化し、また製造プロセスの自動化と精度向上

を可能にします。

鋳造と鍛造のための設計鍛造、鋳造など切削加工でない金属部品を製造するメーカーも多数あります。圧力と温度の組み合わせにより、金属の粒を部品の形にハンマーで叩き、あるいはプレスする鍛造は特に高い強度の部品を製造するのに使われます。鋳造は通常、切削加工のできない複雑な形状や、切削加工よりもコストが掛からず速い金属部品に使用されます。鋳造部品はサンド、メタルまたはインベストメントキャスト方式の型に溶融金属を注入して製造されます。金型の場合同様、DFMツールはどちらのプロセスにもメリットをもたらします。

部品を鋳造する場合も鍛造する場合も、3次元設計およびDFMツールを使って部品の抜き勾配を確認し、フィクスチャ、ダイ、モールドの強度と精度をチェックできます。たとえば、鍛造加工時のパワーハンマーやプレスのパフォーマンスを向上させることは可能でしょうか？ダイロックを回避したいですか？3Dプリンターを使用してデンプンベースの型を経済的に作成し、キャスティングに使えないでしょうか？統合されたPDMによって製造の管理を改善することはできるでしょうか？

3次元 DFMツールを使うことにより、試行錯誤を通じてではなく、より正確に鍛造、鋳造加工を予測することができ、時間とコストの削減につなげることができます。

アセンブリ製造のための設計アセンブリの製造には、板金部品、溶接構造、ファスニングシステムを正確かつ効率的に処理することが必要です。板金設計を同じ品質で、素早く、コスト効率よく、溶接やファスナーの高精度な処理を含めて最終部品に仕上げることは時間の短縮とコストの削減に必須の条件です。

多くの製造企業はアセンブリ製造を専門とする企業と緊密に連携しています。設計した板金部品や構造部品が変更や、パートナー企業の製造プロセスにあわせるため、作り直しなく製造に入る準備ができていることを確認しなければなりません。DFMは製造ベンダーとのやり取りを効率化し、また製造プロセスの自動化と精度向上を可能にします。フォールド／アンフォールド機能やフォームツールを使って板金モデルのフラットパターンと曲げた状態の両方を表示することはできますか？設計をアセンブリ製造ベンダーに渡す前に製造可能性を評価することはできますか？サプライヤから入手できるストックの構造形状に基づいて溶接をモデル化できますか？あるいはよく使われるファスナーのライブラリにアクセスできますか？

製造ベンダーとのやり取りを減らし、製造途中での手戻りを解消することによって、プロセスを高速化し、コスト効果を改善することができます。

…実際の例SolidWorks Enterprise PDM ソフトウェアの導入により、Burlington Technologies, Inc. はワークフローの自動化を行いました。

自動車部品の製造に使われる高圧アルミ

鋳造をリードする同社はPDMの活用によりワークフローと承認プロセスを効率化

し、設計エラーの解消と変更にかかる時間の50パーセント短縮を実現しました。


組み立てのための設計部品やサブアセンブリを最終製品に組み立てる方法は、部品実装ロボット、機械ベースの組み立て／パッケージングから人手によるものまで様々です。どのような組み立てプロセスにおいても、製品をどのように組み立てるかを可視化し、シミュレーションする機能はアセンブリ関連のボトルネックを回避する上で非常に重要です。さらに組立機械の場合には、シミュレーションデータを使って完全なシステム設計とサイズ設定を行うことで最もパフォーマンスの優れた最もコスト効果の高いシステムの開発に役立つでしょう。

手動の場合も自動の場合も、組み立て処理をシミュレーションすることは製造の時間とコストを切りつめる上でますます重要になっています。作業者の確認用に組み立てのアニメーションを作成していますか、それとも紙ベースの指示書を使っていますか？メカトロニクスについてはどうでしょうか？キネマティクスやダイナミクスシミュレーションを使って機械を適切に設計、サイズ設定していますか？寿命とコストのバランスがとれたモーターや駆動メカニズムの選択をおこなっていますか？3次元設計データを組み立て加工の効率化、パッケージングの改良やドキュメンテーション作成に使っていますか？

製造された部品を最終製品に組み立てる工程は多くの製造業において重要な側面です。3次元設計データの活用により組み立てプロセスをより効率的でコスト効果の高いものにすることができます。

…実際の例BigBelly Solar は SolidWorksの板金設計、シミュレーション、干渉検出ツールを使っ

て世界初の太陽電池によるゴミ圧縮機を製

造しました。これらの機能は革新的なまっ

たく新しい製品を開発するのに役立っただ

けでなく、材料コストを 30パーセント以上削減することが可能になりました。

…実際の例Cardiovascular Systems, Inc.は、血管のプラークを削り取るダイアモンドコーティングされ

た使い捨てのカテーテルベースの器具の開発

により血管疾患の治療に革命をもたらしてい

ます。同社はSolidWorks 設計およびシミュレーションソフトウェアを使用し製造コスト

を 20 パーセント削減し、3DVIA Composerテクニカルコミュニケーションソフトウェア

を使用して見やすい組み立てアニメーショ

ンを作成し、クリーンルームでの組み立て

加工を自動化しました。

「SolidWorks は意図した通りの機能を持ったエレガントな設計を可能にするだけでな

く、コストを抑えた部品製造にも役立ちま

す。当社はSolidWorksのDFMツール、たとえば TolAnalyst を使った公差スタックアップ、抜き勾配、壁の厚さ解析の自動化など

を活用することにより、サプライヤと協力

して高精度な射出成形用金型を作成し、効

率的な部品の製造と組立が可能になりまし

た。」

Christopher Narveson 設計・エンジニアリングサービスマネージャ Cardiovascular Systems, Inc.


SolidWorks DFMツールを使用することにより製造現場で発見するジオメトリの問題が

減り、スクラップと手戻りの削減につなが

ります。

3次元設計による設計と製造の統合

各製造プロセスには独自の特徴がありますが、目標は共通しています。一貫して高品質な製品および部品を可能な限り迅速に、同時にコストを抑制あるいは削減しながら製造することです。本ホワイトペーパーでは各製造手法に対するDFMの活用の可能性について概要を紹介しました。

次のセクションでは SolidWorks 3次元ソリューションについて、SolidWorks CAD、SolidWorks Simulation、SolidWorks Enterprise PDM、SolidWorks Sustainability、3DVIA Composerソフトウェアをより詳しく説明し、DFM機能をどのように活用して設計と製造を統合し、目標を達成できるかについて紹介します。

利益率の向上競争に勝ち抜くため製造企業は利益拡大のあらゆる方法を模索しています。製造の観点から見ると、利益率の向上に貢献する方法はいくつかあります：

• 製造コストを削減またはコントロールする – SolidWorks CAD ソフトウェアはCAM、金型解析、メカトロニクスソフトウェアなど主要な製造システムと統合されています。この統合によりDFMXpress、TolAnalyst、金型成形のための抜き勾配解析、干渉チェック機能など、SolidWorks DFMツールにシームレスにアクセスできます。統合されたDFMは製造コストの削減、あるいはコントロールに役立ちます。

• ダウンタイムと製造の停止を解消 – SolidWorks CAD ソフトウェアは高精度な3次元ジオメトリを生成することでスムーズなフィットと組み立てを可能にし、設計変更への対応も効率化します。SolidWorks Enterprise PDM ソフトウェアは製造ワークフローを自動化しECO処理を加速します。これらの機能により変更にその場で対応し、ダウンタイムを速やかに防止することができます。

• スクラップ、手戻り、廃棄を減らす – SolidWorks DFM ツールを使用することにより、製造現場で発見するジオメトリの問題が減り、スクラップと手戻りの削減につながります。SolidWorks Simulation を使って設計や金型等を検証することにより、製造の失敗に伴う廃棄をなくすことができます。SolidWorks Sustainability ソフトウェアでは材料の無駄を最小化するための材料情報を取得することができます。これらのツールによりスクラップ、手戻り、廃棄による不要なコストが削減できます。

• 材料の使用を最適化 – 材料の使用量を削減することはコスト削減への近道です。SolidWorks Simulation ソフトウェアを使用することで、設計を検証し無駄な材料を取り除くことができます。SolidWorks Sustainabilityでは、代替品として使用できる、よりコストのかからない材料についての情報を得ることができます。

• 無駄な、重複した工数を根絶する – 今日のテクノロジベースの製造環境において、製造企業が設計の作図のし直し、モデルを作り直しは、あってはならない無駄です。SolidWorks CAD ソフトウェアは主要な製造システムと統合されており、データの書き換え、ファイルの変換、モデルの作り直しを解消することができます。


製品が製造に適しているかどうか確かめる

には、DFM ツールを使って指定された形状と材料でコスト効率よく製造できるかを

評価することが必要です。

SolidWorksCAD および SolidWorks DFMXpress ソフトウェアを使用することにより、設計の製造可能性を評価し、製造の準備ができていることを確かめることができます。これら

のツールを使用して以下が可能になります：

• 穴、金型、コーナー半径、公差の設定が正しいことを確認する。

• 穴ウィザード、スマート穴シリーズ、スマート部品を使用することにより製造条件に基づいた穴の標準化を行う。

• ライブラリフィーチャーを活用しミル加工のポケット、タブ、油路等の代表的な切削加工フィーチャーのモデル作成を標準化し、製造のための標準化を促進する。

• フィレット、穴、面取りなどの設計フィーチャーを簡単に調整する。

• インポートされたジオメトリを加工に適したフィーチャーに変換する。


SolidWorks DFM ツールを使用することで、製造に関する問題を製造に入る前に解決す

ることができます。

市場投入までの期間を短縮DFMは設計が製造プロセスに適した形で準備できているかどうかを確認し、プロセスとやりとりを効率化することで、市場投入までの期間を短縮することができます。

• 製造可能な設計であることを確認する – 製品が製造に適しているかどうか確かめるには、DFM ツールを使って指定された形状と材料でコスト効率よく製造できるかを評価することが必要です。SolidWorks DFM ツールを使用することにより、材料とジオメトリを評価し、問題のない設計を製造に渡すことで不必要な遅延を回避することができます。

• データが製造の準備ができていることを保証 – 製造の準備ができたCADフォーマットを準備することにより、さらなる時間の節約が可能です。SolidWorks CAD ソフトウェアは主要な製造システムと統合されており、DXFファイルの出力も可能です。また、FeatureWorks ソフトウェアにより問題のあるジオメトリを迅速に修正する事もできます。

• ベンダーとのやり取りを効率化 – ベンダーと時間のかかるやり取りを解消することは、市場投入までの時間を加速する上でたいへん重要です。SolidWorks DFM ツールおよび SolidWorks 互換データフォーマットを使うことにより、製造可能性やファイル互換性の問題を解決するためにベンダーとやりとりする時間を根絶できます。

• 組み立て工程を加速 – 組み立て工程は実行するのに時間がかかるだけでなく、その設計、開発にも時間がかかります。SolidWorks Motion キネマティクスおよびダイナミクス解析ソフトウェアと主要なエレクトロニクスおよび制御システム開発パッケージの統合により、メカトロニクスを活用してより迅速に組立機械を設計できます。また3DVIA Composer ソフトウェアは組み立て工程を整理し、アニメーションによる組み立て指示書を作成し、製品ドキュメンテーションを作成するのに役立ちます。

• 開発サイクル後期の変更に対応 – 開発サイクル後期での設計変更やECOに製造組織がどう対応できるかということも、市場投入までの期間短縮の要素です。SolidWorks CAD ソフトウェアは設計変更に効率的に対応し、SolidWorks Enterprise PDM ソフトウェアは製造ワークフローの自動化とECO処理の加速を可能にします。

SolidWorks DFMツールを使うことにより、板金設計をチェックして、製造パートナーが問題なく製造できることを確認できます。これらの機能により次が可能になります：

「SolidWorks ソフトウェアへの切り替えは当社の製造の変革において重要な決断で

した。SolidWorks からデータをロボットやCNCマシンに出力することにより、当社のライン作業者は単に材料ストックをセッ

トし、SolidWorks部品コードを入力するだけで、従来と比較してわずかな時間でパネ

ル、部品、アルミ部材を加工することがで

きます。」

Chris Henhoeffer Project Manager and Design Coordinator Sport Systems Unlimited Corp.


• 推奨される曲げ半径、穴直径と厚さの比率、穴から部品エッジへの距離等重要な板金の設定をチェックする。

• 簡単にフラットパターンを作成し、曲げによる伸びの補正を行う。

• 溶接するフレーム部材のカットリストを自動的に生成する。

返品／保証コストの削減製品の返品や保証請求に関するコストを削減する最良の方法は、品質の高い製品を製造することです。

• 製品品質の改善 – 製造から見た品質には2つの側面があります。1つは加工可能性、もう1つは加工性能性です。SolidWorks DFM ツールを使うことで、製造に関する問題を製造に入る前に解決することができます。SolidWorks Simulation ソフトウェアは製造に入る前に設計の性能を検証し、設計のエラーをピンポイントで特定することができます。品質を改善することで、企業は返品や補償請求、それらに関するコストを削減することができます。

• 精度の向上 – 開発工程の精度を上げることにより、製品品質を確実なものにできます。SolidWorks CAD ソフトウェアは高精度な3次元ジオメトリを生成することでスムーズなフィットと組み立てを可能にします。SolidWorks Simulation 解析ソフトウェアと組み合わせることで、製品を確実に設計通り機能させるためのツールを手に入れることができます。

SolidWorks は公差スタックアップ解析を自動化する、図に示したTolAnalystを含め、フィットと機能の問題を解決するための幅広いDFMツールを用意しています。SolidWorks DFM ツールを使って部品が組み立て可能であることを確認することにより、次が可能になります：

「機械を作成する前に、それが3次元でどのように動作するかを可視化することによ

り、製造化の可能性、信頼性、修理の容易

さを実現し、高い評価を確立することがで

きました。」

Patrick Grimes Mechanical Engineer Kinematic Automation, Inc.


今日の製造プロセスにおいてエネルギーコ

ストは大きな部分を占めており、エネルギ

ー使用量を削減することはコストと環境の

両面から重要です。

• SolidWorks DimXpertを使ってジオメトリの寸法と公差仕様を簡単に管理。

• SolidWorks Simulationのファスナーに特化した解析機能により部品を止めるのに適切なファスナーのサイズと数を調べる。ファスナーの数を減らすことでコスト、複雑性、重量、製造にかかる時間を削減することができます。

• ボルトを使った接続、溶接を使った接続等ファスナーの種類を評価し、どの手法がコスト上の利点があり、重量を軽量化し、あるいは組み立てを高速化できるかを判断する。

• 干渉による衝突やクリアランスのチェックを行うことで、公称公差値で設計が正しく動作することを確認する。

• モーションシミュレーションを実施することにより、動的荷重による部品の変形を理解し、動きの中で設計が正しく動作することを検証。

• 設計変更とともに自動的に更新される BOM (Bill of Materials) を生成する。

環境への影響を最小化製造企業はグリーンな製品を開発する以上のことができます。持続可能性の原則を適用することにより環境への影響を削減すると同時に、製造プロセスに付随するコストを削減することができます。

• 出荷と輸送コストを削減 – SolidWorks Sustainability ソフトウェアを使用することで、材料、部品、製品流通の輸送にかかるコストを評価することができます。この情報をもとに、設計が環境に及ぼす影響を少なくするための重要な決定を行うことができます。

• エネルギーの節約が可能か調べる – 今日の製造プロセスにおいてエネルギーコストは大きな部分を占めており、エネルギー使用量を削減することはコストと環境の両面から重要です。SolidWorks Sustainability ソフトウェアを使用することで、製造に関するエネルギー節約の可能性を調べることができます。

• 廃棄処理コストを削減 – エネルギー同様、廃棄物の処理は製造プロセスにおいて従来よりも格段に大きなコスト要素になっています。 SolidWorks Sustainability ソフトウェアにより、廃棄物削減の観点から材料選択と使用量の最適化を図ることができます。


SolidWorks Sustainability ソフトウェアを使用することで、製品設計の環境に対する影響を評価し、エネルギー、輸送／流通、廃棄物処理コスト等コスト削減の可能性を評価するこ

とができます。

製造工程から最大限の時間とコストを節

約することは、製品設計を「仮想の世界

から現実のものとするための準備が確実

にできているか」、ということを確認で

きるに機能によって、非常に現実的な目

標となります。

DFMによる製造の活性化

製品設計と製造はもはや分離独立した機能ではなく、同じコインの両面と言えます。設計当初から製造を考慮することにより、製造企業は時間のかかる遅延、不要なコスト、望ましくない品質上の問題を回避することができます。

DFMツールおよびアプリケーション、たとえばSolidWorks設計ソリューションに含まれるこれらの機能を使うことで、製造工程のパフォーマンスを改善し、企業の収益改善に貴重な貢献をすることができます。

製造工程から最大限の時間とコストを節約することは、製品設計を「仮想の世界から現実のものとするための準備が確実にできているか」、ということを確認できるに機能によって、非常に現実的な目標となります。切削、金型、金属加工、組み立て等製造の内容には関係ありません。設計が効率的に、高い費用対効果で、予期せぬ問題なく、たとえあったとしても最小限で製造できることを確認できれば、企業の時間とコスト削減に貢献することができます。時間とお金を節約することができます。

SolidWorks ソリューションを使ってDFMを実現するための詳しい情報は、www.solidworks.co.jp をご覧ください。

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