金型メーカーにおける3次元設計がうまくいかなかった事例

3次元設計の導入の失敗事例

3次元設計の導入がうまくいかなかった要因は何だったのか

今回は、金型メーカーにおいて、3次元CADを導入したがうまくいかず運用を断念してしまった、また運用をしているが明らかに他社と比べ設計工数が多く掛かり過ぎるなど、運用がうまくいっていないという事例を紹介します。

そのうまくいかなかったという結果に対しては次のような要因があります。これらを順番に見ていきたいと思います。

  • 金型モデリング後にさらに追加で2次元で部品図を描く工数が発生
  • 投影した図面の線要素に問題がある
  • パラメトリック方式のCADが合っていない
  • 現場が3Dデータを扱えない(上流工程が問い合わせの嵐になる)
  • 組図が読みにくい
  • モデリングスキルの問題

金型モデリング後にさらに追加で2次元で部品図を描く工数が発生

設計者のスキルにもよりますが、一般的に2次元での金型設計よりも3次元で設計する方が工数は多くかかることが多いです。

理由は、2次元図面では注記や省略図などにより省ける詳細部も、3次元になると忠実にモデリングしなければならないこと、また2次元であれば断面図などで指示しておくことで、後工程のCAMや機械加工で対応してもらえるような穴やワイヤーカット形状なども、忠実に形状としてモデリングしなければならないためです。

会社さんによっては、すり合わせやはめ合い・摺動面など、部品間のクリアランス(隙間)も全てモデリングしているところもあります。

しかしせっかく工数をかけて、部品ごとに細部までモデリングされたものを、後工程であるCAMオペレーターに3次元データとしてそのまま渡すのではなく、さらに1個1個の部品ごと2次元図面を描いて渡しているという会社さんがおられます。

3次元設計をやっている会社さんのCAM作業については、次の2つのパターンがあります。(主に穴加工や2D切削加工などの構造部を対象としています)

  1. 設計部門は、1個1個の部品の3Dモデルから三角法による寸法の入った2次元図面を作り、CAM工程はそのDXFデータから2次元CAMを使って加工プログラムを作成する。
  2. CAM工程は、1個1個の部品の3Dモデルから直接3次元CAMを使って加工プログラムを作成する。

この①と②を比較しますと、リードタイムと工数において、①のやり方を行っている会社さんの方が分が悪くなっています。

リードタイムについては、設計者による金型全体のモデリングが完了した後、後工程であるCAMオペレーターが作業に入ろうとしても、個々の2次元図面ができてくるまで待たなければいけません。

また工数についても、②のようにダイレクトに3Dモデルから加工プログラムを作成する会社さんと比較して、余分に工数がかかっています。余分に工数がかかるということは金型の原価が増えることを意味します。

大企業や比較的大きな規模の会社さんの金型部門の診断において、「サプライヤーである協力会社さんの金型メーカーよりもどうしても原価が高くなるのはどうして???」とよく相談されるのですが、そうおっしゃっる会社さんの多くで上記①の手順をとっています。

これはISOや管理体制がしっかりしており、工程間での管理や検査をしっかり行うため、詳細な図面を残す必要があります。そのため、手間をかけた2次元図面を残すという慣習ができていることが理由だと思われます。

またよくある理由として、外注の加工メーカーに仕事をお願いするため図面が必要になるといったこともあります。

ちなみに、2次元で金型設計を行う場合については、次の2つのパターンがあります。

  1. 製品意匠面を3次元CADでモデリングし、その3Dモデルを構造設計用に2次元に投影し、そのDXFデータから2次元図面を作図していく。
  2. 金型構造部を先に2次元で設計し、製品意匠部の3次元モデリングは2次元で作図された金型組図の配置に合わせて行う。

私が2次元で設計するときは、上記1.のパターンで設計することが多いのですが、一般的に、1人で構造部設計と意匠面モデリングを行う場合は上記1.を、構造部と意匠面それぞれ別の人が行う分業設計の場合は上記2.の方法をとっていることが多いです。

特に1.の方法では、構造部における高さ方向の注意すべき箇所を3次元CADでの作業時にチェックしておき、2次元CADの設計に移ったら、締結部品などは断面図や側面図に代表的なものを図示していけば済むので、個人差や設計ボリュームにもよると思いますが、結構手早く設計できます。

3次元設計においては、前述したように、細部まできっちり表現しなければいけない分、工数がかかるのですが、ルーチン作業的な部品配置の作業などで少しでも効率よく設計するなどの工夫も必要になります。この点については過去コラムを参考にしてみてください。

いずれにおきましても、3次元設計を導入したが失敗してしまった・断念してしまった・うまくいっていないという会社さんにおいては、過去に2次元設計をやっていた時や2次元設計している同業他社と比べて、あまりにも工数が多く増えてしまったという原因があったようです。

投影した図面の線要素に問題がある

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