もくじ 3DEXPERIENCE FORUM Japan 2016 2016年6月1日（水） ウェスティンホテル東京 2/33 ■ アイシン精機の概要 ■ アイシン精機における設計者CAEの取り組み アイシン精機における 設計者向け非線形強度CAE技術の展開 ■ 非線形CAE展開の背景とねらい ■ 非線形CAE展開の課題と取り組み アイシン精機株式会社 CAE技術部 小野寺 陽祐 会社概要 アイシン精機株式会社 １９６５年８月３１日 愛知工業と新川工業との合併で アイシン精機（株）誕生 本 社： 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 資 本 金 ： ４５０億円 従 業 員 ： 単独 １３，８７９名 連結 ９４，７４８名 工 場： １１工場 連 結 対 象 会 社 ： １９１社（国内７０社 海外１２１社） 社 設 3/33 名： 立： （２０１５年３月３１日現在） ■ 設計者展開の効果・まとめ 事業概要 自動車部品および住生活・エネルギー関連商品を通して 豊かな社会づくりに貢献しています。 4/33 単独売上高・・・・・・・・・・・・・・・7,940億円 ボディ関連 37.9% 7.9% 自動車部品 エンジン関連 16.3 16.3% ドライブトレイン関連 ブレーキおよびシャシー関連 ボディ関連 ・ｳｫｰﾀｰﾎﾟﾝﾌﾟ ・ｵｲﾙﾎﾟﾝﾌﾟ ・ｲﾝﾃｰｸﾏﾆﾎｰﾙﾄﾞ ・可変ﾊﾞﾙﾌﾞﾀｲﾐﾝｸﾞ（VVT) など ドライブトレイン関連 エンジン関連 ※持分法適用会社含む ・ﾊﾟﾜｰｽﾗｲﾄﾞﾄﾞｱｼｽﾃﾑ/ﾊﾟﾜｰﾊﾞｯｸﾄﾞｱｼｽﾃﾑ ・ﾄﾞｱﾛｯｸ ・ﾊﾟﾜｰｼｰﾄ ・ｻﾝﾙｰﾌ など 17.5 17.5% 情報関連他 ・商用車用ｵｰﾄﾏﾁｯｸﾄﾗﾝｽﾐｯｼｮﾝ ・ｵｰﾄﾒｰﾃｯﾄﾞﾏﾆｭｱﾙﾄﾗﾝｽﾐｯｼｮﾝ ・ｸﾗｯﾁﾃﾞｨｽｸ/ｸﾗｯﾁｶﾊﾞｰ など ブレーキおよびシャシー関連 アイシングループでは、世界２１カ国からなるグローバルネットワークを形成し 自動車部品、情報関連製品、住生活・エネルギー関連製品を提供 15.7 15.7% 住生活・エネルギー関連 その他 ・電動ｱｸﾃｨﾌﾞｽﾀﾋﾞﾗｲｻﾞｰ ・ｴｱｻｽﾍﾟﾝｼｮﾝｼｽﾃﾑ ・電動ﾁﾙﾄ&ﾃﾚｽｺﾋﾟｯｸｽﾃｱﾘﾝｸﾞｺﾗﾑ など 情報関連他 7.5% 7.5% ・駐車支援ｼｽﾃﾑ ・ﾄﾞﾗｲﾊﾞｰﾓﾆﾀｰｼｽﾃﾑ など 住生活・エネルギー関連 その他 5.1 5.1% 歴史 自動車業界の発展とともに 総合自動車部品メーカーへと成長し、 住生活・エネルギー分野にも進出。 さらなる飛躍を目指し、 新たな分野にも事業を展開しています。 5/33 理念 ・ﾍﾞｯﾄﾞ・寝装品 ・ﾐｼﾝ ・ｼｬﾜｰﾄｲﾚ ・ｺｰｼﾞｪﾈﾚｰｼｮﾝｼｽﾃﾑ ・ｶﾞｽﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟｴｱｺﾝ（GHP） ・電動車いす など 6/33 経営理念 「品質至上」を基本に―― １ 新しい価値の創造 未来に目を向けた研究と開発に努め、お客様に喜んでいただける新しい価値の提供を通して、 豊かな社会づくりに貢献する ２ 国際協調と競争の中での着実な成長 世界各国、各地域に根づいた企業活動を通して、世界市場で着実な成長と発展をめざす ３ 社会・自然との共生 社会・自然との調和を大切にし、良き企業市民としての信頼に応える ４ 個人の創造性・自発性の尊重 個人の創造性・自発性を尊重し、活力にあふれ、常に進歩をめざす企業風土をつくる 1 アイシン精機のCAE体制 CAE技術部 グループ経営本部 ■ アイシン精機の概要 設計者ＣＡＥ 専任者ＣＡＥ 解析条件設定 Ａｓｓｙ化 複雑な条件設定 CADと連動 構想段階での味見や 流用設計の優劣判断 分野ごとの専用ソフト ある程度作りこんだ 形状の詳細評価 結果処理 実施に0.5H～半日 操作習得に１日以内 計算実行 結果処理 設計者に活用を任せ、 CAE技術部がサポート 生技系 CAE 実施に１日～１Ｗ 操作習得に１W～ 現状では専任の 技術者が必要 設計者からの依頼を受け、 CAE技術部内で実施 設計者CAEの普及・定着に必要なこと 11/33 コア技術開発 ﾌｪｰｽﾞ ・新技術 ・ｷｬｯﾁｱｯﾌﾟ技術 実用化 技術開発 ﾌｪｰｽﾞ 制御設計技術 メカ設計技術 制御理論導入 １D／３D（CAE） ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ技術導入 ｺｱ技術をﾍﾞｰｽに 製品用ﾛｼﾞｯｸを開発 （初適用時のみ） ｺｱ技術をﾍﾞｰｽに 製品用ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 技術を開発 （初適用時のみ） 実用化技術を活用 した製品開発 ﾌｪｰｽﾞ 高度CAE 高度CAE オペレーション 設計者CAEのメリット 設計要件は 設計者が知っている！ メッシュ作成 （ＣＡＴＩＡ Ｖ５上での強度解析例） Ｌ＆Ｅ商品本部 9/33 Ａ／Ｍ商品本部 CAE技術活用の形態 車体商品本部 ■ 設計者展開の効果・まとめ 走行安全商品本部 パワトレ商品本部 ■ 非線形CAE展開の課題と取り組み CAE技術部 経営管理部門 品質保証部門 （自）営業部門 調達部門 技術開発部門 生産部門 ■ 非線形CAE展開の背景とねらい 設計業務内に 収められる シミュレーション＆最適化技術の開発 イノベーションセンター ■ アイシン精機における設計者CAE の取り組み アイシン精機における設計者CAEの取り組み 8/33 ・構造・機能 ・取付状態 ・成型性 ・コスト ・メカニズム ・軽量化 各技術部 ― ― 簡易CAE 制御 10/33 解析条件検討 ・試験条件 ・干渉 ・材質 ・想定不具合 ・耐久性 ・・・など 解析実施 設計者CAE 結果評価・改善検討 設計者自身が各種設計要件を同時に考慮しながら、 CAD上で“電卓感覚”で迅速に行える。 設計自由度のある段階で、多くのアイディアを試せる これまでの取り組み ’80年代から設計者向けシステムを社内展開 ’03年～CATIAと連携したシステムに移行 設計者CAEの運用の枠組み 12/33 電卓感覚で使えるようになるまでの道すじ 設計者の 習得・活用 フロー 設計者の 困りごと 非定型モデル化 非定型モデル化 CAE基礎 CAE基礎 操作習得 操作習得 各部 設計者 定型モデル化 定型モデル化 使い方が 活用法を どの端末で 手順が 手順が 活用法を 使い方が どの端末で わからない できる？ わからない わからない 相談したい 相談したい わからない できる？ 実践 実践 ⇒電卓感覚 ⇒電卓感覚 初回 初回 解析 解析 設計者による 製品適用 開発フロー 技術 サポート 人材育成 設計者 計画的人材育成 （集合教育） 設計者 ｿﾌﾄ・ﾊｰﾄﾞ環境導入と 運用管理 データ サーバ STEP1 STEP1 構想 構想 設計 設計 運用 ルール CAE CAE CAE CAE 計算中も 計算中も 端末を 端末を 使いたい 使いたい もっと もっと 正しく計算 正しく計算 比較データ 比較データ 短時間で 短時間で できた？ が欲しい できた？ が欲しい できないか できないか STEP2 STEP2 詳細 詳細 設計 設計 CAE CAE STEP3 STEP3 ﾈｯﾄﾜｰｸ ｻﾎﾟｰﾄ窓口 教材開発 出図 出図 CAE技術部 取り組み （～2010） 教材 教材 講習会 講習会 CATIA CATIA 手法確立 サポート 手法確立 サポート 窓口 全台化 窓口 手順書 全台化 手順書 バッチ バッチ 計算 計算 初心者 初心者 データ データ 自動化 自動化 チェック チェック ベース化 ベース化 設計者にとって身近な道具にするためには、各種取り組みが必要 端末 設計各部署 CAE技術部 設計者のCAE活用を支える運用の枠組みで取り組んでいる 2 設計者CAEの目指す姿 ■経営理念 「品質至上」を基本に―― 新しい価値の創造 活用レベル ・ 解析分野 攻 守り（品質確保） め（性 13/33 品創 上、商 能向 出） ■ アイシン精機の概要 最適性能作り 各種性能両立 ■ アイシン精機における設計者CAEの取り組み F-S特性 …etc 強度確認 ■ 非線形CAE 展開の背景とねらい 非線形CAE展開の背景とねらい 機構 伝熱（定常） 磁場 振動 流体（定常） 線形強度 非線形強度（静的問題） 2010 非定常 各種連成 各種連成 非定常 ■ 非線形CAE展開の課題と取り組み 動的問題 2015 2020 ■ 設計者展開の効果・まとめ 【目指す姿】 世界中に拡販できる新しい価値のある商品を創出するために、 幅広い設計者CAE技術が定着している 非線形CAE技術の重要性と課題 サブASSYでの 強度・剛性確認 システム性能の基礎となる 部品特性の検討 設計プロセスにおける問題点 15/33 システムとしての 仮想試作評価 性能向上や商品創出に重要 難 難易度 パワースライドドアシステム 強開強度 バンパ設計工程 構想設計 断面 仮決定 目 標 性 能 16/33 従来：繰り返している 否 曲げ形状/長さ 仮決定 各要件対応 3D 作図 ・生産 ・締結 合 評価CAE 合否 ・組付 ステップパネル剛性 駆動ユニット ギア噛合い強度 線形 易 部品特性の検討 バンパシステム 衝突特性 バンパR/F 静的曲げ特性 （断面特性計算） 非線形 静的 設計者CAE 動的 技術が手薄な領域 A案：○ B案：○ 専任者CAE Excel計算シート 専任者 専任者CAE A案：△ 動的特性を評価 C案：○ C案：× ・机上計算とASSY性能とのギャップあり ・複数案のCAE実施による時間的ロス大 F-S特性や変形モードの 確認はできず。 やり直しが多発し、上流での性能向上に取り組む時間が不足 性能向上や商品創出に重要な領域が手薄になっていた 目指す設計プロセス B案：△ F-S特性 ２D特性のみ 設計者： 自分でやりたくても道具がない。依頼する手間が掛かり非効率。 専任者： ASSY評価の方が優先。すべてをやり切れない。 詳 細 設 計 システムとしての仮想試作評価 設計者 机上検討ツール ギャップ大 ヒンジ剛性 ストッパゴム反力特性 試 作 評 価 非線形へ拡張するための道具 17/33 18/33 難 バンパ設計工程 断面 仮決定 曲げ形状/長さ 仮決定 各要件対応 ・生産 ・締結 3D 作図 評価 CAE ・組付 部品特性の検討 設計者 机上検討ツール 詳 細 設 計 短縮 設計者向け非線形CAE ヒンジ剛性 専任者 専任者CAE ストッパゴム反力特性 ANL 専任者ツール ストローク[mm] B案：○ C案：△ 非線形 静的 動的 CATIA F-S特性 B案：○ 動的特性を評価 ASSY状態での動的特性の確認のみ 設計者CAEを活用してリードタイムを短縮し、性能向上の時間を確保 LS-DYNA GDY [振動強度] GAS [ASSY結合] GPS ３Dでの荷重特性を予測 バンパシステム 衝突特性 バンパR/F 静的曲げ特性 駆動ユニット ギア噛合い強度 線形 易 A案：× 荷 重 [N ] ステップパネル剛性 システムとしての仮想試作評価 （断面特性計算） Excel計算シート 試 作 評 価 パワースライドドアシステム 強開強度 難易度 目 標 性 能 構想設計 壁 技術 展開 陰解法 陽解法 [大変形] [F-S特性] [座屈]、[衝撃]、[衝突] [線形強度] ・設計者CAE環境では線形解析しかできない ・専任者との道具の違いが大きく、技術展開の壁あり 3 非線形へ拡張するための道具 設計者が 活用 難易度 ステップパネル剛性 難 パワースライドドアシステム 強開強度 ■ アイシン精機の概要 ストッパゴム反力特性 線形 ■ アイシン精機における設計者CAEの取り組み バンパシステム 衝突特性 バンパR/F 静的曲げ特性 駆動ユニット ギア噛合い強度 ヒンジ剛性 易 19/33 専任者が 実用化 簡易化 ■ 非線形CAE展開の背景とねらい 非線形 静的 動的 Abaqus CATIA GDY Standard [振動強度] Explicit （陰解法） GAS [ASSY結合] GPS LS-DYNA ■ 非線形CAE 展開の課題と取り組み 非線形CAE展開の課題と取り組み 陽解法 （陽解法） [座屈]、[衝撃]、[衝突] ■ 設計者展開の効果・まとめ ANL [線形強度] [ 非線形強度] ソルバ共通 専任者が実用化した技術を、設計者へシームレスに展開可能 非線形CAE技術展開の課題 21/33 非線形解析は線形解析よりも難易度が高く、 設計者が扱う際に、様々な困難が予想される。 課題 起こり得る問題 ①実施時間 ・計算が収束せず解に辿 汎用性のある計算パラメー り着けない。 タを導出し、ガイドライン化 ・計算パラメータのチュー ニングに時間を取られる。 ②習得時間 対応策 ・ツール習得に時間がか かる。 ・非線形現象が理解でき ず使いこなせない。 ・既存スキルやガイドライン を活かした独自カリキュラム ・理解を促す教材の開発 設計者が不便なく非線形CAEを使えるための要件を満たす ①実施時間：0.5H～半日 ②習得時間：１日以内 課題① 実施時間 非線形CAEの難しさ （2/2） ANLトライ解析時のチューニング例 （ホッチキス針の変形） 23/33 接触部の滑り出し 計算エラー 接触範囲変更 検討２ 収束せず 検討３ 収束せず 剛体壁 接触 メッシュ変更 検討４ 収束せず 材料 E,ν,S-Sカーブ 拘束 ６自由度を拘束 拘束 ６自由度を拘束 荷重 初期位置での負荷 荷重 変形に追従する負荷 接触 初期の接触範囲 スキマ量 接触 変形中の接触範囲 すべり特性 接触面の役割 初期調整 安定化 計算 特になし 計算 出力指定 時間刻み 接触の考慮など非線形特有の計算パラメータが多々ある 課題① 実施時間 設計者向けガイドラインの必要性 24/33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 板ばね クリップ フィン（抜け荷重） 樹脂シュー ストッパゴム ウォームギア アークコイルスプリング シールゴム ハンドル ホッチキス 回転板ばね 電極 デフォ ルト ○ ○ × × × × × × × × ○ × デフォルト設定では解に辿り着けず 計算不可 接触パラメータ変更 検討５ 出力不足 結果出力設定 検討６ 妥当な結果 モデルに合ったパラメータを与えないと 計算が収束せず、不要な作業が発生 22/33 材料 E,ν No. モデル名 強制変位 時間刻み変更 非線形CAEの難しさ （1/2） デフォルト設定で可 検討１ 収束せず ※１/４モデル 課題① 実施時間 非線形ニーズが想定される代表例を トライモデルとして抽出 ANLデフォルトの計算パラメータで 正しく計算できるモデルはごく僅か 設計者向けには、モデルごとのベストチューニングよりも パラメータの試行錯誤なしで計算できるガイドラインが必要 4 課題① 実施時間 社内ニーズに含まれる物理的要素 25/33 課題① 実施時間 設計者向けガイドラインの導出 ― 形状組合せ 面 ― 平 曲 曲 面 面 面 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 非線形ニーズが想定される代表例を トライモデルとして抽出 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 形状、材質、接触部挙動の様々な組合せが存在 課題① 実施時間 ガイドライン化した項目 ANL ﾃﾞﾌｫﾙﾄ値 設定項目 27/33 ｶﾞｲﾄﾞﾗｲﾝ ― 社内基準 C3D10M C3D10 接線方向 摩擦なし ← 収束性を重視 接触方向 硬い接触 ← 設定の簡素化を重視 計算時間短縮を重視 接触対 一般静的ｽﾃｯﾌﾟ 線形解析（GPS）での基準と関連 計算時間短縮を重視 拘束計算方法 ﾃﾞﾌｫﾙﾄ ﾍﾟﾅﾙﾃｨ 剛体ﾓｰﾄﾞの安定化 使用しない 使用する 収束性を重視 接触範囲の取り方 ― 社内基準 収束性を重視 ﾏｽﾀ/ｽﾚｰﾌﾞ選択基準 ― 社内基準 設計者が迷わないための基準設定 ステップ時間 1s ← ｲﾝｸﾘﾒﾝﾄの最大数 100 社内基準 初期増分ｻｲｽﾞ 1s 社内基準 最小増分ｻｲｽﾞ 1e-005s ← 最大増分ｻｲｽﾞ 1s 社内基準 安定化ｺﾝﾄﾛｰﾙ 使用しない 使用する ― 多種製品における汎用性を重視 収束性を重視 接触関連や時間増分等、 １４項目をガイドライン化 課題② 習得時間 直感的な教材開発 課題② 習得時間 教育カリキュラムの構築 ６日程度 ツール操作 ツール操作 各種機能 各種機能 非線形の知識 非線形の知識 （静解析/動解析） （静解析/動解析） ２日程度 ・ プリ 専用 不要 ト ポス 機 28/33 ANL社内カリキュラム ANLを社外で習得する場合 差 能 析の 線形解 キル 操作 ス ガイ ドラ メッシュ/要素 メッシュ/要素 接触/摩擦 接触/摩擦 収束性向上 収束性向上 １日 題 題材 材 メッシュサイズ 全てが一度で計算成功する 汎用的なパラメータを検証 パラメータの試行錯誤無しで計算可能なガイドラインを導出 Abaqusを社外で習得する場合 理由 要素タイプ（テトラ二次） 機械的結合挙動 ガイドラインを使用すれば可 イン ＋ 応用 ノウハウ 差 回転板ばね クリップ フィン 樹脂シュー ストッパゴム ウォームギア コイルスプリング シールゴム ハンドル ホッチキス 回転板ばね 電極 ガイ ド ライン ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ○ ○ × × × × × × × × ○ × 機 ― ― 平 平 曲 面 面 面 板ばね クリップ フィン（抜け荷重） 樹脂シュー ストッパゴム ウォームギア アークコイルスプリング シールゴム ハンドル ホッチキス 回転板ばね 電極 製品 手順書 【例】 ・指数接触 ・出力間引き 機 能 能 差 差 モデル名 デフォ ルト 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 機 No. パラメータ No. モデル名 面 26/33 デフォルト設定で可 既存スキルの活用や、ガイドラインに より、１日での基礎習得を実現 応用機能や製品手順は必要に応じて個別展開 29/33 基礎技術の習得には 身近で親しみやすい題材（ホッチキスの針の変形）を選定 ■ アイシン精機の概要 ■ アイシン精機における設計者CAEの取り組み ■ 非線形CAE展開の背景とねらい ■ 非線形CAE展開の課題と取り組み ■ 設計者展開の効果・まとめ 担当製品や経験に左右されずに、３つの非線形性の理解を促す 5 設計者展開の効果（バンパ） 目 標 性 能 断面 仮決定 構想設計 曲げ形状/長さ 仮決定 各要件対応 ・生産 ・締結 3D 作図 評価 CAE ・組付 フロント ローディング 部品特性の検討 ３D素案での 変形モード、 F-S特性の予測 ↓ 荷 重 [N ] 設計者による非線形CAE 試 作 評 価 詳 細 設 計 短縮 システムとしての仮想試作評価 専任者 従来 ▲ 日 ストローク[mm] バンパR/F単品の特性作りこみ 現在 設計者 リードタイム [日] 設計者：１H（計算時間除く） 設計者CAE化により、 大幅なリードタイム短縮 まとめ 板ばねのF-S特性（大変形） ⇒狙った反力特性を得るための 板ばね性能検討に活用 樹脂タンクの設計（材料非線形） ⇒線形解析より実機に近い応力分布が得られ、 限界強度設計に活用 評価CAE完了までの日数 ANL 専任者ツール 32/33 その他の活用事例と効果の一例 設計者の声 線形解析の結果 ※実際との差異大 応力（σ） バンパ設計工程 設計者展開の効果（全体） 31/33 非線形解析の結果 線形 領域 非線形 領域 ひずみ（ε） ・形状変更の効果を即時確認できるため、より多くの形状案を試せるようになり、 10％の軽量化ができた。 ・F-S線図、変形モードなど、早期に説得力あるデータを示せるようになり、 新規受注に結びついた。 新たな価値ある商品創出、拡販活動の武器となった 33/33 【設計者CAEの目指す姿】 世界中に拡販できる新しい価値のある商品を創出するために、 幅広い設計者CAE技術が定着している 非線形CAEを 設計者展開 実施に0.5H～半日 操作習得に１日以内 【非線形展開の取り組みと成果】 ガイドラインの確立や独自カリキュラムの構築により、難易度の高い 非線形強度CAE技術の設計者展開を可能にし、製品適用を実現した 【今後の課題】 ・専任者技術の設計展開を加速する仕組みつくり ・設計者CAEとしての他分野への拡張（熱流体、最適化 …etc） 6
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