tsurfの機械設計研究室

サーボモーターやエアシリンダの選定計算なども扱っている技術ブログです

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パラメトリックによるボトムアップ設計とその非効率性(ソリッドワークスなど)

今回は以下に関する記事です。
パラメトリックによるボトムアップ設計
とその非効率性(ソリッドワークスなど)

 

管理人T.Surf

3DCADの設計手法の
一つである
ボトムアップ設計
について解説します。

パラメトリック設計
とともにいかに
非生産性で非効率的かを
あらためて解説します。

 

3DCADの導入に関するCAD選定など
相談と言う形で無料で承ります。

 

 

①本来の3DCAD設計であるトップダウン設計

まず 3DCADによる設計は
以下の記事で解説されているトップダウン設計が一般的です。

アセンブリファイルの3D空間上の2D平面で
2Dレイアウトを行います。

 

  • 上面視で機構配置検討
  • 各断面で、機構自体が成り立つ検討

上記のように、
面視毎に別々に検討ができる
2D特有の自由度の高さを活かし

短時間で質の高い検討を進めた後
部品を3D化していくわけですが
上記2Dレイアウトから成り立つような3D部品を

  • 根拠のある形状
  • 根拠のある配置

で作成する設計手法です。

 

面視毎に別々に検討できる自由度の高い2D
だからこそ短時間で質の高い構想検討ができ、

その2D構想があるからこそ
全体と機能や整合性がとれて
根拠のある3D形状
が創造できるんですね。

 

このトップダウン設計は

  • 2Dのもつ自由度の高い構想検討に適した性能
  • 3Dのもつ立体的に検討でき詳細設計に適した性能

上記が有機的に結びついた設計手法で
質の高い検討が短時間で可能
となります。

 

そして、このトップダウン設計という設計手法は
I-CADのような
ノンヒストリーCAD特有の設計手法

となります。

 

なぜなら、トップダウン設計は
2Dと3Dの有機的結び付きが必要で

それにはCADとしての自由度の高さが
求められるからです。

 

従って、
ソリッドワークスなどの
ヒストリーCADは
CADとしての自由度がないため
トップダウン設計は不可能です。

 

そして、
ソリッドワークスなどのヒストリーCADには
トップダウン設計と対をなして逆の設計手法である
ボトムアップ設計というものが前提となります。

 

 

②トップダウン設計の逆であるボトムアップ設計とは

ボトムアップ設計とは、

まず部品を3Dで設計してから3D部品を
アセンブリファイルに投入して
フルアセンブリとしてまとめます。

って、解説していて意味がわかりません。

2Dによる全体構想レイアウトがないのに
どうやっていきなり部品を3Dで設計する
のでしょうか?

 

というわけで、
管理人はトップダウン設計しかしたことが
ありません。

 

なぜなら管理人は
根拠のない部品を3Dで作成できないからです。

まったく非論理的で、こういう設計をすると、
全体で機能や整合性がとれない設計
となってしまいます。

 

従って、
ボトムアップ設計を全否定します。
順番が完全に逆です。

 

設計できたとしても
トップダウン設計に比べて、非常に時間が
掛かります。

 

 

 

③ヒストリーCADの設計手法の主流

ソリッドワークスなどのヒストリーCADで
メーカー側が想定している設計手法は
ボトムアップ設計とパラメトリックの合わせ技
となります。

 

ヒストリー
CADメーカー

とりあえず まずは
部品を3Dで設計して
適当にアセンブリに
放り込めよ

一通り放り込んだら
作成履歴機能で修正や
位置拘束で位置を補正
していけばいいだろ?

 

という非現実的な設計手法です。

実際に管理人はヒストリーCADメーカー側から
このような解説を受けた記憶があります。

 

なぜこのような設計手法なのか
順を追って説明します。

 

まずは、なぜ非現実的な設計法である
ボトムアップ設計なのでしょうか?

 

 

④ヒストリーCADでボトムアップ設計が主流の理由

ソリッドワークスなどヒストリーCADで
想定されているのはボトムアップ設計です。

 

 

なぜボトムアップ設計なのでしょうか?


それはCADとしての自由度をなくしているので
トップダウン設計ができない
からです。

 

なお補足しておきますが、ソリッドワークスでは
設計者からの批判が続出したのか

トップダウン設計用のレイアウト機能を
搭載していますが、これまた
自由度がなく、実用的ではありません。


 

 

なぜCADとしての
自由度を失くして
ボトムアップ設計
なのでしょうか?

 

おそらくですが
パラメトリックを成り立たすためだけに
CADとしての自由度がないと思われます。

 

 

なぜパラメトリックを
成り立たすために
CADとしての自由度を
失くすのでしょうか?

 

CADとしての自由度を高くしてしまうと
必ずしも作成履歴や位置拘束は必要ない
ということに気づきます。

ノンヒストリーCADの最高峰であるI-CAD
(正確には3DCADの最高峰)では、
自由度の高さから理想的なトップダウン設計が可能です。

 

実際はアセンブリファイルの3D空間上の2D平面で
2D構想レイアウトをしますが
その過程で複数の検討断面が作成されます。

 

その複数の検討断面を成り立たすための部品を

  • 複数の検討断面から根拠のある形状で
  • 配置レイアウトから根拠のある配置に

3D部品として いきなり配置&作成できます。
そのようにすれば、それで終わりだからです。

 

CADとしての自由度の高さを認めてしまうと
ヒストリーCADとしてのアイデンティティがなくなるので
あえて自由度をなくしているのでしょう。

 

もし、そうじゃないと言うのであれば

CATIA V4のようにパラメトリックが多少存在しつつも
大前提としては、トップダウン設計が可能な
非常に自由度の高いCADとして仕上げなかった理由に
説明がつきません。

 

というか機械設計用のCADであれば

CATIA V4に対して自由曲面作成機能(surf1,surf2)
を削除して安価にするだけでよかったはずです。

 

 

⑤パラメトリックとボトムアップ設計の合わせ技

本ブログで解説、指摘していますが
パラメトリックの根幹は

  • 作成履歴による形状制御
  • 位置拘束による相対位置への部品配置

となります。

 

ですが、実際にはパラメトリックは

  • 拘束や履歴のためにモデリングに莫大な時間が掛かる
  • その割に思っているほど自動修正がうまくいかない
  • それもそのはずで、拘束や履歴にしたって
    どんなに完璧に拘束を組んだって全ての変更に
    対応できない
  • そもそも完璧な拘束や履歴が不可能
    というか、何を持って完璧な拘束や履歴と言えるのか?
  • 複雑なシステムゆえアセンブリだと動作がかなり重い
  • 複雑なシステムゆえバグ、エラー クラッシュの多発

という他重苦に見舞われ
逆に莫大な時間が掛かるのが現実です。

 

人が履歴や拘束作成しているんだからね。
どんなに完璧な拘束や履歴を組んだって
全ての変更に対応できるわけないし、そりゃ無理あるよ。

そもそも完璧な拘束や履歴って存在するのかね?

パラメトリックって 素人が思いつきで考えた
机上の空論と言えるシステムと言えますね。

 

つまり、

  • 机上の空論システムであるパラメトリック設計
  • それを成り立たすための自由度のないCADシステム
  • 自由度がないための非現実的なボトムアップ設計

上記がアクロバティックな融合を遂げた結果
ヒストリーCADメーカーが想定している設計手法は

冒頭で解説しているように

 

ヒストリー
CADメーカー

とりあえず まずは
部品を3Dで設計して
適当にアセンブリに
放り込めよ

一通り放り込んだら
作成履歴機能で修正や
位置拘束で位置を補正
していけばいいだろ?

 

という非現実的なものとなったと推察します。
そして、
これは大いに問題があります。

 

 

何故 ヒストリーCADの設計手法は
非現実的で問題があるんでしょうか?

 

答えは以下です。

  • 自由な2Dレイアウトを否定すれば、
    3D設計に大幅な時間が掛かってしまうことが
    なぜ理解できないんでしょうか?
  • その設計方法が従来のトップダウン設計に
    比べて何がいいんでしょうか?
  • その設計方法が従来のトップダウン設計より
    優れているエビデンスはどこにあるのでしょうか?
  • なんで設計変更が設計の本質と化してしまって
    いるのでしょうか?
  • そもそも設計手法として非論理的かつ、非効率で
    あることに気づかないのでしょうか?
  • 修正地獄でかえって莫大な時間がかかることに
    なぜ気づかないんでしょうか? 
  • まず、とりあえず部品を3Dで作れって
    根拠のないものを設計するっていうのが
    難しいってことになぜ気づかないのでしょうか?
  • なぜCADメーカーが、勝手に設計手法を限定する
    ということがまかり許されるんでしょうか?

これらの疑問に何も答えられてはいません。

 

従ってソリッドワークスなどのヒストリーCADは

モデリング、設計変更全てにおいて、
圧倒的にノンヒストリーCADであるICADと比べると

無意味な履歴や拘束のために
莫大な時間が掛かるという結果のみ残る
本末転倒な結果となっています。

 

 

⑥まとめ 本来のパラメトリック

ソリッドワークスなどのヒストリーCADにおける
パラメトリックシステムの根本的な問題は

設計における設計変更の頻度を見誤り
設計変更が設計の本質だと思っているのか

設計変更しか見ていない
という点につきます。

 

この設計変更しか見ていないシステムを
成り立たす
ことためだけに

メーカー側が設計手法にまで
勝手に縛り
を設けていることです。

 

そして、設計変更しか見ていない
CADシステムの中で、現状のパラメトリックは
設計者が履歴を作成し、位置拘束を組みことと
なりますよね。

 

ですが考えてみてください。

設計者が作成した履歴、位置拘束は
現状の今を拘束しています。

 

ですが、設計変更は
これからどうするか?
が重要なんですね。

しかも、その変更は不具合内容とその対処が
明確にならないと変更内容すら定まりません。

もう、おわかりだと思いますが
今を拘束しても何の意味もないのです。

  • どう作ったかなんて重要じゃないんです。
  • どう拘束して相対配置したかも重要じゃありません。

どうだっていいんです。
必要がまったくないんです。

 

本来のパラメトリックは設計変更の時だけ、
設計者が変更箇所のみ後付け拘束で変更条件を規定し

それに従ってAI等のサポートを受けて
自動修正されるべきだったのだと思います。

 

つまり、自動設計 自動修正なんてものは
AIの進化が最低条件であったシステムだと思います。

 

これらを理由に、既存のパラメトリックは
素人が思い付きで考えたような机上の空論
だと断言します。

 

本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます。

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