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

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
#LiveWorx
October 27, 2015
Tokyo, Japan
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
#LiveWorx
2
PTC Creo Simulate 最近の機能強化について
#LiveWorx
3
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）
• Wildfire 5.0（2009年）
• Wildfire 2.0（2004年）
• Creo 1.0（2010年）
• Wildfire 3.0（2006年）
• Creo 2.0（2012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
– 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）
– 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
#LiveWorx
– 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
– 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
– 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
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
#LiveWorx
5
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
#LiveWorx
6
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
#LiveWorx
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）
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
#LiveWorx
8
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
#LiveWorx
9
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
#LiveWorx
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
#LiveWorx
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
Behavior Modeling
仕様駆動、設計検討
Creo Simulate
構造・伝熱FEM解析
Mechanism Dynamics
機構運動解析
Spark Analysis
電気的な火花解析
Tolerance Analysis
一次元公差解析
Manikin Analysis
人体モデルを使った解析
Mold Analysis
樹脂流動解析（FVM※）
Mathcad
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
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
• 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
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
900
このフィレットの領域で応力の
集中が予測される
h法メッシュを使った
PTC Creo Simulate
FEA(近似的な表現)
PTC Creo Simulate
800
700
600
FEA 実行 1
FEA 実行 3
FEA 実行 2
FEA 実行 4
500
早くて正確
400
300
手作業
手作業
手作業
200
H-Code FEA
100
0
要素数: 2710
最大応力: 466 psi
#LiveWorx
要素数: 9057
最大応力: 609 psi
要素数: 12714
最大応力: 629 psi
要素数: 42460
最大応力: 706 psi
0
10
30
45
80
130
時間（min)
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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。
#LiveWorx
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
© 2015 PTC
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
設計変数
ることになります。
 外周の位置
– 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
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© 2015 PTC

垂直距離
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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 = .373297
• 設計イテレーション 2 : 比率 = .5、垂直 = 1.2  設計目標 = .203454
• 設計イテレーション 3 : 比率 = .55、垂直 = 1.3  設計目標 = .118568
• 設計イテレーション 4 : 比率 = .6、垂直 = 1.4  設計目標 = .055811
• 設計イテレーション 5 : 比率 = .58、垂直 = 1.45  設計目標 = .050776
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 3
Iteration 2
Iteration 4
Iteration 1
Iteration 5
Ratio = .55, Vertical =1.3
Ratio = .6, Vertical =1.4
Ratio = .4, Vertical =1Ratio = .5, Vertical =1.2
Ratio = .58, Vertical =1.45
Goal = .118568
Goal = .203454
Goal = .055811
Goal = .373297
Goal = .050776
#LiveWorx
© 2015 PTC
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
適切なユースケースを
選択
• エンジニアリング情報へのアクセス
重心を移動して “スイートスポッ
ト” の位置を決める
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© 2015 PTC
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
1
2
3
– 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
4
#LiveWorx
5
© 2015 PTC
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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*((D10D9)/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
#LiveWorx
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
23
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
スパーク距離
沿面距離
• 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
P1
P2
X
クリーページ
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！
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PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
樹脂流動解析をお手軽に！！
25
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
26
3rdパーティ製品について
#LiveWorx
27
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
28
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
29
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
30
PTC Creoの解析製品全般と、3rdパーティ製品について
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
#LiveWorx
31
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
#LiveWorx
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
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
#LiveWorx
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解析分科会の活動と、 PTC Creo Simulate（解析）無料体験セミナー
#LiveWorx
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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。
#LiveWorx
35
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）
#LiveWorx
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）
#LiveWorx
37
PTC Creo Simulate（解析）無料体験セミナー
#LiveWorx
38
#LiveWorx

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