PTC Creo の設計検討支援 ( 広義の CAE) ツールご紹介 Agenda 1. PTC Creo Simulate 最近の機能強化について 2. PTC Creoの解析製品全般と 3rdパーティ製品について 3. 他社 CADデータを活用 解析のための形状の簡略化 パラメータスタディ 4.

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1 PTC Creo の設計検討支援 ( 広義の CAE) ツールご紹介 ~ 機構 構造から 3rd パーティ製品との連携まで ~ PTC ジャパン株式会社 CAD 事業部営業技術部鵜尾崎晴久 October 27, 2015 Tokyo, Japan

2 PTC Creo の設計検討支援 ( 広義の CAE) ツールご紹介 Agenda 1. PTC Creo Simulate 最近の機能強化について 2. PTC Creoの解析製品全般と 3rdパーティ製品について 3. 他社 CADデータを活用 解析のための形状の簡略化 パラメータスタディ 4. 解析分科会の活動と PTC Creo Simulate( 解析 ) 無料体験セミナー 2

3 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について 3

4 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について 過去の機能強化の歴史 Wildfire 1.0(2002 年 ) 構造及び熱解析における最大のリリース 130 件超のプロジェクト 製品全体に渡る機能拡張 Wildfire 2.0(2004 年 ) ユーザインターフェイスの刷新 Wildfire ユーザモデルを活用 ボルトファスナーなど新機能を多数搭載 メッシュの堅牢性を大幅に改善 ( 微小エッジの簡略化 ) Wildfire 5.0(2009 年 ) 境界条件の見やすさを改善 新しい境界条件ツール ( ピン拘束など ) 弾塑性材料のサポート Creo 1.0(2010 年 ) Wildire 1.0 を超える 機能強化 メッシュ生成の多くの機能改善 結果テンプレートの活用 Wildfire 3.0(2006 年 ) さらなるユーザインターフェースの改善 従来の Mechanica の機能を Pro/ENGINER の統合環境へ プロセスガイド Wildfire 4.0(2008 年 ) 超弾性材料のサポート アセンブリ接続の改善 AutoGEM のコントロール Creo 2.0(2012 年 ) Standalone の Creo Simulate で 簡略表示の作成と計算で使用可能に 診断ダイアログとヘルプの連携強化と改善 全般的なパフォーマンスに開発を注力 Creo 3.0(2014 年 ) 摩擦係数の考慮 結果の処理に関する機能強化 ファスナーの初期荷重の精度を向上 4

5 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 1. ジオメトリの選択を CAD と統一 ( コレクターの使用 ) 境界条件の為の形状選択を 一気に ( 圧力の付加に有効 ) 2. アセンブリの接続管理 部品間の結合条件を 簡単に確認 3. 超弾性材料のサポート より複雑な計算領域に挑戦 4. 最大要素サイズの指定をサポート ようやく強化されたメッシュ制御 5. 凹のラウンド形状に対するメッシュ制御 意外に知られていない 便利機能 5

6 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 1. ピン ボール 平面拘束 ローカル座標系なしに 簡単に定義 2. 弾塑性材料をサポート より複雑な計算領域に挑戦 3. SPA(Single Pass Adaptive) の収束判定を強化 SPA にも 収束判定の基準をユーザが定義 4. 新しいシェルペア定義 アセンブリから子部品のシェル化を実行 代表厚みを定義しシェル化 従来のシェル, 板金, 薄板ソリッドのシェル化はそのまま 5. 溶接フィーチャを Simulate で活用 新たな 部品間の結合条件の定義 6

7 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Creo 1.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 1. リボン UI の導入 革新的な UI で 作業性を向上 2. プロセスガイドのテンプレートエディタの強化 ウィザード形式による 解析のノウハウを標準化 3. ソルバが使用するメモリ制限の変更 8GB から 16GB へ 4. 一般的な大変形解析 1 つのアセンブリ中で 弾塑性や超弾性 さらに接触を考慮した計算が可能 5. 部品間の結合条件 ( ファスナー ) の機能強化 ティモシェンコの梁を仮定したものに仕様を変更 7

8 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Creo 1.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 6. ソリッドモデル化されたボルトで初期荷重を定義 より簡単な設定で さらに詳細な計算結果を得ることができる 7. 薄板モデルに対する 五面体および六面体要素の自動生成を強化 従来から存在した機能の頑健性を強化 8. マッピングされたメッシュ 六面体や五面体要素のマニュアル作成 9. 非線形ばねのサポート Advanced の機能 10. 結果テンプレート 標準化された計算結果を 自動でプロット 意外に知られていない 便利機能 8

9 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Creo 2.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 1. 温度分布の履歴を非線形の構造解析で使用 2. Standalone の Creo Simulate で 簡略表示の作成と計算で使用可能に 3. 診断ダイアログとヘルプのリンク付け 4. 応答解析の計算スピードアップ 5. 全般的なパフォーマンスチューニング 9

10 PTC Creo Simulate 最近の機能強化について Creo 3.0 の追加機能 ( 抜粋 ) 1. 摩擦係数の考慮 多くのユーザ様 待望の機能 2. 亀裂の定義が可能 亀裂の進展方向を予測 3. ファスナーの初期荷重 ( 精度向上 ) 締結力の精度を向上させるため複数回の計算を実施 4. 計算結果のリボン UI 採用 プリと統一されたポスト環境 5. 線形補完応力レポート 任意の 2 点間に生じる計算結果をグラフ化 10

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12 PTC Creo の解析製品と 3rd パーティ製品についての相関図 機能概要 PTC Creo Parametric Behavior Modeling Creo Simulate Mechanism Dynamics Spark Analysis Tolerance Analysis Manikin Analysis Mold Analysis Mathcad 仕様駆動 設計検討構造 伝熱 FEM 解析機構運動解析電気的な火花解析一次元公差解析人体モデルを使った解析樹脂流動解析 (FVM ) 工学計算 文書化支援 Behavior Modeling とパラメータ連携が可能 FVM: Finite Volume Method 12

13 PTC Creo Simulate - 主な機能ー Standard 版 解析領域 静解析 ( 摩擦係数 0 の接触を含む ) 固有値解析 線形座屈解析 定常熱伝導解析 温度 / 変形の連性解析 ( 熱ひずみ ) 境界条件 6 自由度による拘束 平面拘束, ピン拘束, ボール拘束 ミラー対称, 周期対称拘束無しで計算可能 各自由度による荷重, 面圧など 材料の種類 等方性材料 要素の種類 ビーム要素, シェル要素, 4 面体要素 バネ要素, 剛体リンクなど Advanced 版 解析領域 摩擦係数の定義を含めた接触解析 モード合成法による応答解析 ( 線形領域 ) 時刻歴応答, 周波数応答など 大変形解析 ( 形状非線形を含む ) 平面歪, 平面応力, 軸対称問題 非定常熱伝導解析 境界条件 Basic 版に同一 材料の種類 超弾性, 弾塑性 異方性, 面内等方性 要素の種類 積層構造体をシェル要素に適用 Mapped Mesh による 5 面体および 6 面体要素の生成 アドバンスバネ, アドバンス剛体リンクなど 13

14 PTC Creo Simulate アダプティブ p 法の優位性 ジオメトリの再現性 他社 アダプティブ p 法により要素の次数を変化させることで 自動収束判定 時間と計算精度について 要素の再生成を手作業で行う場合の収束判定 FEA 実行 1 要素数 : 2710 最大応力 : 466 psi このフィレットの領域で応力の集中が予測される FEA 実行 2 要素数 : 9057 最大応力 : 609 psi h 法メッシュを使った PTC Creo Simulate FEA( 近似的な表現 ) FEA 実行 3 FEA 実行 4 手作業手作業手作業 要素数 : 最大応力 : 629 psi 要素数 : 最大応力 : 706 psi PTC Creo Simulate 早くて正確 H-Code FEA 時間 (min) 14

15 PTC Creo Behavior Modeling Extension( 略称 BMX) 主な機能 1. パラメータ化 Creo Simulate の計算結果をパラメータ化 Mechanism Dynamics や Mechanism Design で得られた 速度や結合反力などをパラメータ化 フィールドポイント ( サーフェス領域やエッジを代表する点 ) と距離測定などを連携し UDA(User Difined Analysis: ユーザ定義解析 ) を作成し パラメータを得る 2. データム作成 マスプロ計算と同時に 重心位置に 点 や 座標系 を作成 部品間距離を測定した場合に 最短距離になる各々の部品における点を作成 3. 感度解析 形状の寸法パラメータを変化させ 設計検討で必要な値に対する影響を調査する 4. 実行可能性 / 最適化 設計上の制約を満たした上で 重量最小化など目的変数を 1 つ 最適解を得るための機能 5. 複数目的の設計検討 寸法パラメータの設計上の自由度を定義し 自動的に寸法を範囲内で生成し 変形量や重量 結合反力 反射角などの複数の目標となる変数に対する影響を調査できる 寸法の組み合わせは 手動で数値を決め 全ての組み合わせで計算させることができる 15

16 BMX の適用事例 ( ゴルフのクラブヘッドの重心位置を最適化 ) 設計の最適化には時間とコストがかかる ジオメトリ作業の繰り返しによる設計基準の達成はユーザーにとって困難 試行錯誤方式でジオメトリの作業を繰り返して結果を評価しながら設計目標を達成することは 時間のかかるプロセス 目標 : 重心の位置の最適化 重心を移動して スイートスポット の位置を決める 2015 PTC 16

17 BMX の適用事例 ( ゴルフのクラブヘッドの重心位置を最適化 ) 設計の最適化は リソースの時間と予算の拘束によって制限される 専用のツールや機能がない場合 エンジニアは 設計の最適化のための変数の定義に関して 最善の推測による戦略に頼 ることになります 時間の浪費 実現不可能な設計目標の追及 非現実的な設定範囲を達成する試み 設計目標にほとんど影響を与えない変数の修正をしてしまう 設計変数 外周の位置 垂直距離 2015 PTC 17

18 BMX の適用事例 ( ゴルフのクラブヘッドの重心位置を最適化 ) 作業を繰り返して設計目標を達成することは面倒なプロセス 設計イテレーション 1 : 比率 =.4 垂直 = 1 設計目標 = 設計イテレーション 2 : 比率 =.5 垂直 = 1.2 設計目標 = 設計イテレーション 3 : 比率 =.55 垂直 = 1.3 設計目標 = 設計イテレーション 4 : 比率 =.6 垂直 = 1.4 設計目標 = 設計イテレーション 5 : 比率 =.58 垂直 = 1.45 設計目標 = イテレーション当たり 5 分の場合 25 分で設計目標に 接近 (0.05 インチ ) 必要な精度を達成するには さらにいくつのイテレーションが必要か? Iteration 1 Iteration 2 Iteration 3 Iteration 4 Iteration 5 Ratio =.4, Vertical =1 Ratio =.5, Vertical =1.2 Ratio =.55, Vertical =1.3 Ratio =.6, Vertical =1.4 Ratio =.58, Vertical =1.45 Goal = Goal = Goal = Goal = Goal = PTC 18

19 BMX の適用事例 ( ゴルフのクラブヘッドの重心位置を最適化 ) ユーザーが測定し Creo BMX が計算! 設計の最適化 スマートモデルの作成 モデルのパフォーマンスのトラッキング エンジニアリング情報へのアクセス 適切なユースケースを選択 重心を移動して スイートスポット の位置を決める 2015 PTC 19

20 BMX の適用事例 ( ゴルフのクラブヘッドの重心位置を最適化 ) Creo BMX を使用した場合に必要な作業量は? ステップ 1 モデルの重心と目的の位置に 1 つずつデータム点を定義する ステップ 2 重心の 実際 の位置から 目的 の位置までの距離を測定する解析フィーチャーを作成する ステップ 3 感度解析を使用して設計変数を特定する ステップ 4 Creo の実行可能性 / 最適化検討を定義する 変数と設計目標 ( 距離 =.01) を定義 ステップ 5 設計最適化検討の計算を行う PTC 20

21 PTC Mathcad Prime 数式の作成と同時に計算結果をライブに確認できる 出来ること 自然な数学的な表記で簡単に書くことが出来る =1-(1/D9)*(D12*((D10- D9)/D10)+D13*(D9/D10) +0.5*D10*(D14+D15)*D16) ではなく 数式を作成すれば リアルタイムで計算 PTC Creo Parametric との連携する テキスト 表 画像 グラフ 数式などを集約できる セールスポイント ナレッジの共有化を行える 今まではブラックボックス化 ナレッジが管理できる モデルの意図が見える 21

22 PTC Creo Mechanism Dynamics Extension 接触などを含むダイナミック解析を行う ( ちから を考慮する ) 出来ること 機構の運動の様子をシミュレーションする 算出された荷重を構造解析に転送する 特定の時間ステップで荷重を保存 最大荷重を直接コンポーネントに抽出 フォース トルク バネ カム およびダンパーの効果をメカニズムに追加する 計算された結果をアニメーションにしたベクトル矢印で視覚化する セールスポイント 高度な機能で素早く生産性を上げる 実物の部品を作成する前に バーチャルで部品の動きを理解する 実物の試作サイクルを短縮し 各箇所に発生する力の影響を理解する 22

23 PTC Creo Tolerance Analysis Extension 幾何公差を含めた 1 方向の寸法積み上げで公差解析を行う できること 1 次元の公差積み上げ解析 真の統計的解析 PTC Creo の設計モデルと完全に結びついている ユーザが構成部品 寸法 幾何公差 アノテーションを選択して公差ループを作成 簡単で速い操作性 PTC Creo Parametric の解析フィーチャとして実装 モデルに保存可能 セールスポイント PTC Creo の設計パラメータを活用し 素早く検討 どの寸法が最も影響するか即座に調査 システムモーメント法による 素早い計算 Pro/E の公差解析 Powered by CE/TOL6σ の開発元 旧 Sigmetrix 社 は 公差解析において認知されたリーダ 23

24 PTC Creo Spark Analysis Extension 電圧の差で生じる 電気的な火花の発生を検討する できること クリアランス距離 2 つの伝導部品や伝導部品と被服の外面との間の最小距離で 空中の距離として計測 クリーページ距離 ( 沿面距離 ) 2 つの伝導部品や伝導部品と被服の外面との間の最小行程で 絶縁体の面上の行程を計測する 沿面距離 スパーク距離 セールスポイント 3 次元 CAD 業界初のソリューション PTC Creo のネイティブモデルで計算できる クリアランスやクリーページの最短距離を可視化し 対策を講じやすい X P1 クリーページ P2 クリアランス 今まで手計算などで行っていた沿面距離を自動で計算! 24

25 PTC Creo Mold Analysis Extension 樹脂流動解析を行う できること ゲート位置の適切な箇所を提示 材料毎の適切な射出条件の計算 フル 3 次元モデルで計算 有限体積法を適用 充填解析 ショートショットの可能性 ウエルドラインや気泡の位置を計算 冷却解析 ヒケ (sink mark) の解析 セールスポイント 成形性を事前に評価 ウィザード形式で簡単操作 豊富な材料ライブラリ PTC Creo Parametric から直接起動 樹脂流動解析をお手軽に!! 25

26 Manikin Analysis Extension 出来ること 作業姿勢評価基準 (RULA) で マネキンの上肢の解析 ( 重量 距離 頻度 ) SNOOK テーブルに基づく マネキンの運搬解析 ( 重量 距離 頻度 持続時間 ) マネキンによる持ち上げ 降ろし解析 (NIOSH, SNOOK) マネキンの押し 引き解析 ( 荷重 距離 頻度 持続時間 ) マネキンの快適性角度解析 エルゴノミクス特性の保存 セールスポイント 人と製品との間で 作業を行う環境との適合性を解析 安全衛生 人間工学 職場環境に関する標準やガイドラインに確実に準拠できる 26

27 3rd パーティ製品について 27

28 3rd パーティ製品について ( 樹脂流動解析 : Moldex3D, CoreTech System Co., Ltd. ) 計算できる項目 成形性の検討 : 流動解析 生産性の検討 : 保圧, 冷却解析 品質の検討 : 反り変形解析 一部機能を限定し 低価格で PTC Creo Mold Analysis として提供 特徴 PTC Creo Parametric に埋め込まれた 扱い易いインターフェース 完全 3D メッシュ ( 境界体積法 ) を用いた精度の高い計算 28

29 3rd パーティ製品について ( 熱流体解析 : FloEFD, メンター グラフィックス社 ) 計算できる項目 気体や液体の動きの計算 層流や乱流を含めた状態 回転体に適したスライディングメッシュに対応 表面結露と蒸発 : 新機能の水膜評価 特徴 ウィザードによる条件の定義により 流体解析初心者でも実行可能 有限体積法による計算ソルバー PTC Creo Simulate に 圧力分布や温度分布を転送可能 PTC Creo Parametric に埋め込まれた 扱い易いインターフェース 29

30 3rd パーティ製品について ( 光学解析 : SPEOS,OPTIS 社 ) 計算できる項目 光線追跡 測光解析 迷光やゴースト 輝度ムラ 照度や輝度の最適化 特徴 液晶バックライト 自動車用ランプ メーター エアコンパネル オーディオ 産業用光学センサー グレーフィルム等を生産する際に使用する乾燥用照明 アミューズメント向け照明等に適用可能 CIE( 国際照明委員会 ) で標準とする色度の定量評価が行えるパッケージも存在 設計変数と目的関数を指定した最適化を実現する 30

31 3rd パーティ製品について ( 位相の最適化 : ProTOpCI, CAESS ) 計算できる項目 静解析における位相 ( トポロジー ) の最適化 特徴 PTC Creo Simulate にアドオン 別のユーザインターフェースが起動 境界条件やメッシュ情報を自動転送 STL 形式で最適化された形状を保存 31

32 他社 CAD データを活用 解析のための形状の簡略化 パラメータスタディ 32

33 他社 CAD データを活用 解析のための形状の簡略化 パラメータスタディ Unite Technology と Flexible Modeling による 効果 他 CAD のデータを高い品質でインポート 解析のためのジオメトリパターンの認識が可能 材料属性も取り込み可能 解析のための形状変更や簡略化が容易 インポートデータでもパラメータスタディが可能 更新によって他 CAD データの変更を CAE に反映 解析条件が変更に追従 33

34 解析分科会の活動と PTC Creo Simulate( 解析 ) 無料体験セミナー 34

35 ユーザ会 解析分科会の活動について 2015 年 9 月 25 日に 新横浜で集合しました 35

36 ユーザ会 解析分科会の活動について Creo Simulate を使う際のテクニックを共有 ( 小技集 ) 36

37 ユーザ会 解析分科会の活動について Creo Simulate を使う際のテクニックを共有 ( 小技集 ) 37

38 PTC Creo Simulate( 解析 ) 無料体験セミナー 38

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