CAE解析について一考。
いつも使っているFusion360というソフトが先日アップデートされ、シミュレーション機能が追加されました。
いやはや、無料のCADでここまで実装するとは驚きを禁じえません。個人でもまともな設計計算ができるようになったというのは実に凄いことです。
でも、便利そうに見えるものでも、目の前に大きな落とし穴があったりするもの。今回はそんな類のことをつぶやきました。
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Fusion360でシミュレーション機能が追加されたけれども、これってソフトウェアの使い方よりも、実験に基づいた解析モデルをどう構築するかの方にノウハウが要るのだよなぁ。理論式と現実のばらつきをどう評価するということなんだけれども、技術者であってもできる人は非常に少ない。
ぴたっと値が予測できることはそもそもないし、そのような使い方をするものでもないのだが、いい加減な答えしか出ないと言ってまるで信用しない人がいるな。ちゃんとどういうものかを理解する所から始めないとソフトの使い方が分かっても役に立たないのだ。
CAE解析は使い方のリテラシーがないと、場合によっては間違った判断をしてしまうような、ある意味危険なソフトウェアだ。そして多くの人は使う時期も間違えている。設計が完了した3Dモデルを時間をかけてCAE解析して、変形やら応力やらがこんな風になりましたとか。現実と比べてこれだけ違います、うーん、なんて。そういうの違うって！
やはりCAE解析は設計の指針を得るために使うのが王道であって、時期的には技術開発フェーズ、もしくは設計の初期段階で使うものなんだな。そして使う3Dモデルもそんなに複雑なものは不要だ。
CAE解析はその検討初期に「良い解析モデル」を作る必要がある。なるべく簡単な形状が違う試験ピースを作り、変形なりなんなりを実測して、基礎技術データを取得する。そして、その現象が再現できるようにCAEソフトウェアで境界条件を決めていくのだ。これが最初にないと何も判断できない。
そしてその解析結果の評価も、1ポイントでの数値の違いを見るのではなく、数値の変化の様子が現実世界をシミュレートできているかを見るのだ。静特性ではなく、動特性を見るといったらいいだろうか。
大体似たような特性を示していたなら、今度はCAE解析モデルから得られた予測式周りに実測値がどれほどばらつくかをプロットしてみる。CAE解析から導き出された予測式（平均値の変化）とバラつきが次の現象を予測するのに必要十分かという、そういう評価をする必要がある。
バラつきが必要十分に小さく、平均値変化の傾向も現実と合っている解析モデルが「良い解析モデル」なのだ。どこまで追い込めばいいかは時と場合によるけれども、大体現実世界の8~9割が説明できていればかなり役に立つように思う。
CAE解析というのは現実の現象の大きな要因だけを取り出してシミュレートするものだから、正確な数字がばっちり出る訳はない。いわば傾向しか分からないもの。そこに実験から得られた実測値を合わせると、このバラつきの範囲内であれば信頼度95%で確からしいとか言えるようになる。
そうして「良い解析モデル」が構築できれば、今度は求める複雑な形状で試してみる。CAE解析の良いところは、前提となる解析モデルが信頼できるものであるなら、形状が複雑になっても同じように結果が信頼できるということ。ここにコンピュータで解析する大きなアドバンテージがある。
最初に複雑な3D形状をCADで作り、それをCAE解析しても、ほとんど何の役にも立たないことが分かってもらえるだろうか。実実験と組み合わせた解析モデルの構築という作業が絶対的に必要なのだ。
また思いついたら何か書きます。
勉強したらいいこともあるものです
こんにちは。
最近Blenderというソフトをマスターしようと格闘中です。
その顛末をつぶやこうと思っていたら、なんだか統計のお勉強についての話に脱線してしまいました。
まぁ、新しいことに取り組めばそれなりにええことあるやん！ということでお許しください(＠_＠;)
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全く未経験のソフトウェアを習得する際は、最初は機能の3割ぐらいを目安に覚えていくのがいいな。参考書は買うが、全部は読まない。全部例題の実践のみに特化する。その例題も自分の直接携わっているものに置き換える。
以前統計処理とデータ分析をものにした時も、例題実践に特化して勉強した。教科書に書いてある数式もそれを直接覚えることはすっぱり諦めて、代わりにそれらを全部エクセルシートに埋め込んで、自前の簡易分析環境を構築した。その過程でエクセルの統計関係関数の使い方も覚えていった。
その結果、教科書だけで勉強するよりも、またエクセルの機能だけに頼るよりも効率的に統計処理とデータ分析をものにすることができ、高価なソフトウェアも一切買う必要はなかった。計算の中身もおおよそ理解できたため、エクセルや統計解析ソフトの機能が何を意味するのか分かるのだ。
統計処理、データ分析を勉強してよかったのは、自分が普段扱っている技術データがどれほど確からしいものか、客観的な数字で裏付けられて見通しが良くなることだった。開発の現場では平均値だけで議論することもまま見受けられるのだが、きっちり分析することでばらつきが明確になり安心感が増すのだ。
平均値はこれで、過去の仕様とはこれだけ性能アップしていて、ばらつきを考慮しても有意差がある。分析結果から言うと、この少ないサンプル数であっても、ここまでは確実に大丈夫で、目標値をここに設定すれば確実だ。。。このように日々の判断の確実性が増していくのが非常にありがたかった。
日本のメーカーに勤める技術者の中には、この製品を開発して十何年というベテランが何人もいると思うが、こういう人たちの経験、知見は大変なものだ。かれらは開発にまつわる数字とそれが意味するもの、限度について良く知っている。その製品について何をやれば危険かということに非常に敏感だ。
一方で、そいう技術者であっても、全く知らない分野では力を発揮できないこともある。知らない現象については、彼らとて一から手さぐりで知見を積み重ねていかないといけないのだ。
基本的な知識は本や技術論文などの文献から得ることはできる。でもそれだけで実開発ができるほど甘くはない。実際に自分でやってみて現象を確認して、その分野の土地勘を養っていく必要がある。
統計とかデータ分析の手法は、新たな分野で自分でやってみるときに非常に役に立つ。やみくもに色々やっても良いが、それでは点でしか現象を把握できない。こういう手法を知っていれば最初からある程度立体的に把握できる。
統計、データ分析の手法を知っていれば、例え知らない領域の事柄であってもキャッチアップすることは可能だし、いったん取得した技術データも再利用しやすく、実験が無駄になることも少ない。
とりあえずやみくもに実験をするパターンは、例え良い結果が出たとしても、再現性が乏しかったりして使えないことも多々ある。最初期はトライアンドエラーでやるけれども、その後はその現象の土地勘を養うことに集中する。別の言葉で言えば地図を作るといってもいい。
知らない領域でも地図を作っておけば、それを確認するのにもう一度体を動かして実験する必要がなくなる。地図を開くだけでどこを目指せばどれぐらいいいことがあるかが分かるようになる。最初は結構面倒くさい作業だけれども、後になって焦る時期になるほど自分を助けてくれるようになるものだ。
未経験の新しいソフトゥエア習得の話からずいぶん脱線したが、自分の勉強することが、本当のところは何なのかということを常に意識して取り組むと、効率も良くなるし効果も上がりやすいんじゃないかということ。まぁ、面白いなーと思うことが最初ではあるんですけどね。
気が向いたらまた何か書きます。
プロとアマを隔てるもの
こんにちは。
少し技術関係の本を読んだのでその紹介がてら、思いつくまま書きました。毎度のごとくそんなに大したことではないですw
例によってTwitterから転載。
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本屋でふと目について読んでみた本だったが、これが結構面白い。放射線とか農薬とか水道水とかそんなものの基準値がどうやって決まっているか解説した本である。この基準値に関する本を読んでいたら昔にやっていた仕事のことを思い出した。
技術開発はその初期に訴求目標（カタログに記載しているようなこと）や技術目標を決めて行っていくのであるが、簡単なようでいてこれが結構ややこしい。何がややこしいかと言えば「明確な正解がない」というところなのだ。
量産品の設計開発のような仕事であれば、試験の項目はほぼ決まっており、目標値も明確に定められている。設計者はそれらの目標値をクリアするように設計して、試作品を作り、定められた試験を行って品質が保たれているか評価していく。
一方、技術開発はそうではなくて、技術目標そのものから自分で決めていく必要がある。その決めていくプロセスが、放射線や農薬や水道水の規制値を決めていくのと良く似ているのだ。というか、その本質的なところは全く一緒と言ってよいと思う。
簡単に言うと、安全性に関するものならゼロリスクというのをどう考えるか、品質に関するものなら、お客様が受け入れられるリスクはどの程度か、それから決まった技術目標を実現するのにどれぐらいコストがかかるのかということ。対象が公衆衛生と一般消費者という違いはあるけれども本質は同じ。
この開発初期の技術目標は通常2~3人ぐらいでまとめていくのだけれども、正解がない性質のものなので上手くけりをつけてまとめないと収拾がつかなくなる。
私がいた会社に限らず、およそ技術者や設計者と呼ばれる人種は、理屈よりもモノをつくってなんぼと考える人も結構いると思うのだが、この技術目標をしっかり決めておくというのがその後の開発実務の質を大きく左右する。目標があやふやなまま開発に突入して、後で紛糾するというのはよく見かける悲劇だ。そして私もその悲劇にどっぷり浸かったことがある。
私の全く個人的な意見なのだけれども、この技術目標を決めるというプロセスが、モノづくりのプロとアマを隔てる壁なんじゃないかと思うのだ。近年の安価なデジタルツールの普及でモノづくりの下流部分は一般にも普及してきた。でもそれだけでまともなモノは作れないのではと思う。
何を持って「まともなモノ」とするのかは色々議論があるけれども、一つの答えは、作ろうとしているモノが、何かの課題を過不足なく解決しているかということかなと思う。その課題は便利さであったり、楽しさであったり、安さであってもいいのだけれども、何らかの役に立っていますかということ。
役に立つこととは何かという「問い」を自らたて、それを解決するためにはどうあるべきかを考える。これを技術目標として誰にでも明確に分かる数字として定義する。そしてその数字をクリアすれば必ず何らかの役に立つ。これが私の考えるまともなモノ。
技術目標をきっちり定義するという作業も、実はやっていることはそんなに大したことではなかったりする。極論を言えば本当の最初期は技術的な知見すら不要で、必要なのは自分自身の感覚とか、生活観察とか、そういう類のものの方が役にたったりする。そしてそういう感覚を数値に変換していく手法を知っていれば技術目標を決め込んでいくことができる。
最近のMaker'sムーブメントを見るときに、面白いアイデアという最上流のことと、デジタルツールを使ったモノづくりという下流のことは存在するけれども、その中間をつないでいく方法論というのはあまり聞かないと思う。いずれは皆そういう課題にも気づき、話題としてでてくるんじゃないだろうか。
モノづくりにおいて、プロとアマの壁は確かにあるけれども、それは今やかなり薄くなってきている。プロをプロ足らしめている手法を知っているかということと、それを徹底してやれるかどうか。これは何度も言っていることだけれども、まじめに取り組んでいる人にはその壁が見えているはず。あともう少しで打ち破れるかもしれない。
また気が向いたら何か書きます。
デジタルファブリケーションが技術者の未来にもたらすもの
みなさんこんにちは。
Twitterでのつぶやきをブログにまとめるのがパターンになってきました。いや、夜中につぶやいたことなんで大したことは書いておりません(>_<)
以下Twitterから転載です。
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ずっと前から日本の技術者はもっと評価されるべき、なんて思っていたけれども、結構思い違いのところもあって何だか恥ずかしい気もするのだが、結局やっているビジネス自体が儲からないのに評価しようがないということなのだよなぁ。
これは労働市場の流動化という問題だと思うのだけれども、企業内の技術者も自分の会社や製品にあまりにこだわりすぎると、自分は評価されていないとか思ってしまうのではないかな。もっと柔軟にビジネスのパートナーを選択するような形態になった方がいいんじゃなかろうか。
請負仕事をするフリーランスの技術者というよりは、その時々で一緒にビジネスを構築していく対等のパートナーみたいな感じ。そこで要求されるのは、ビジネスの課題を技術的な課題に落とし込んでいく能力、知らないことでも短時間でキャッチアップできるスキル、自分ができないことを頼むネットワークといったところか。
これからは企業内で、その会社の製品やサービスを長く支えていく技術者と、外に出て個人でやる人間と別れていくのではないか。企業内に残った人は技術者であっても、最終的には経営幹部として会社のビジネスを支え、外に出た人は緩いつながりを繰り返しながらネットワークを広げビジネスを作り出す。
安定を求める人は企業に残り、もっとスケールさせたい人は外にでる。安定の中にいながら評価されないと言ったり、海外での事例にあこがれても仕方があるまい（←過去の自分）
昨今のメイカーズムーブメントやデジタルファブリケーションの流れは、モノづくりの世界を一般に広げている訳だけれども、実は企業内に囲われているプロの技術者が、外の世界のビジネスにつながる場所としても機能するのではなかろうか。
ビジネスを作り出す人間と、モノを作り出す人間が、緩いつながりでそのネットワークを有機的に広げていくイメージ。そういったものがなんとか実現できないだろうか。。。
また思いついたら何か書きます。
設計とか技術開発とかは「教育」でなんとかなりますか？
みなさん、こんにちは。
何だか昔のことを思い出すみたいなブログになってきました。
以下Twitterより転載
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会社組織だと新人さんが毎年入ってきて、所属部門でその教育にあたることが多いと思う。私はなぜだかその教育係みたいなものを仰せつかることが多くて、これまで何人か設計や技術開発の基本的なことを教えたことがあるのだが、正直言ってあまりうまく伝えられなかったと思う。
結構時間をとって丁寧に説明したりしたのだが、他の人がやっている、放任して野に放つやり方の方がうまくいったりしてなんでだろうと疑問に思っていた。今から考えるに、設計とか技術開発に「勉強」という意味での「教育」がそぐわないのではなかろうかということである。
製品設計なら類似の製品がすでにあったりするものの、設計も技術開発も新しいものを創造することに変わりはない。新しく配属された新人さんに、新しいものをつくらなければ、という動機がないと何を教えても自分の意識と結びつかず、知識が上滑りしてしまうようである。
私の教育のやり方は、どちらかというと設計とか技術開発とは何ぞやというところから始まって、必須のツールの使い方や手法を教えるというもの。一通り教えてから、さあ、簡単な課題から取り組もうというものであった。
その一方で放任主義のやりかたは、CADの操作を数週間練習したあとは、簡単とはいえ実際の設計を任せて図面を描かせるというもの。分からないことが出てきても、聞かれることは答えるものの、基本的に君の仕事だから君がなんとかせよ、というものであった。
この両者の違いとしては、「動機」と「主体性」という言葉で説明できるかと思う。私のやり方では、どうしても受け身になりがちで、自分がやるんだという動機がなく、そして勉強であるが故に自分で調べなければという主体性が発揮できなかったと言える。
特に動機というのは結構やっかいなもので、こればかりは教育ができない。自分でこういうことを実現したいというモチベーションがあれば言うことがないが、なければ教育係に色々言われることは邪魔くさくて避けたいことになってしまう。
一方の放任主義の方はこの動機の問題をどう解決していたかというと、「自分がやろうと思わなければ不愉快な思いをするぞ」という、そういう環境を作りだすことで実現していたのである。実際には言葉としては発したりしないのであるが、その雰囲気は新人さんにとっては結構緊迫感があるものだ。
その緊迫感がある結果、学びに対してもある程度積極的にならざるを得ないという構図になっている。目の前の困難をクリアするためには、嫌がられても誰かに聞きまくって仕事を覚えなければという感じなのだ。
要は強制されたにせよ、自発的にせよ、最初にあるべきなのは「動機」、次が自主的な「学び」であるということ。教育はこれらを補助するものでしかない。なので本当に実力のある人材を育てようと思えば、ツールの使い方や手法をいくら教えてもだめで、自ら学ぶような環境構築が必要ということ。
まあ、つらつらと思いだしたことを書いたけれども、自ら学ぶような環境構築なんぞどうしたらいいか皆目見当もつきませんw 今はそういうことを気にしなくてもよくなっちゃいましたしね。
また思いついたら何か書きます。
技術開発というのは何なんでしょうね？
未知の課題に対するアプローチはいくつもやり方があって、これという正解はないと思う。ある状況でうまくいった手法が他の課題に対して有効かは分からない。
そうではあっても、ある程度こんな感じという型はあると思う。最初に課題をきっちり設定しておくことが前提ではあるのだが、情報を探して入手して、見て触って色々試してみること。なーんだと思うかもしれないが、実は得られる情報としてはこの方法が最大になるのではないかと思っている。
この最初のステップで何を見るかというと、そのトライが着地としてどのような価値を得られるかということ。性能でも耐久性でもコストでもいいのだけれども、これが従来のものからどれぐらいアップするのか、もしくは全く違う価値を生み出すものかどうかを見極めるのだ。
ここで首尾よくそこそこの結果を得られれば、その技術なり方向性は可能性が高くて、「筋がいい」ということになる。商品の訴求面も含めた新技術、新機能の提案を「技術企画」と言ったりするのだが、良い企画提案をしようと思えばこういった「筋がいい」ネタを複数かかえていることが重要。
ネタの発見ということでは、実験をして事実の確認はするものの、どちらかというと運に左右されるところがあるように思う。どうしたら運に恵まれるか？答えの一つは外にでかけるということ。自分が見たことのない物事を見聞きして、片っ端から試してみること。
上手くいきそうな技術が見つかれば、今度はその技術がもつ「特性」みたいなものを明らかにしていく。メカニズムの解明とも言えるのだが、結果を左右する因子はどれで、どのパラメータを変えれば結果がどう変わるのかということを明らかにしていくのだ。そしてそれを予測式として成立させる。
非常にコンパクトなシミュレータを作るといってもいいかと思う。ここまでできれば、技術目標に対してどこを攻めればクリアできるのかという仕事の方向性がはっきりする。そしてその方向に沿って、制御を調整するなり、材料を変えるなり、部品の寸法をいじるなりしてその反応を見ていけばいい。
このようにして基礎技術データを取得し、メカニズムを明らかにした上で具体的仕様を決め、プロトタイプを作成した上でその機能・性能・コストが目標をクリアしていることを確認する。開発対象によって様々だとは思うが、大体ここまでが技術開発の実務になるかと思う。
本来、ここまできてやっと「設計」という行為に移れる。技術は設計するために用い、設計はモノづくりのために行い、モノづくりは、売るために行う。技術と設計との区分けは何だかあいまいなような気がする人がいるかもしれないが、私の中ではいつも分けて考えている。
「開発」という大ぐくりの概念があって、その中に「技術」と「設計」があるというイメージ。技術はある課題を解決する具体的手段の体系で、アウトプットは技術データとプロトタイプの確認結果。設計は技術成果を用いて具体的な形そのものを決めていく作業で、アウトプットはモノづくりの図面。
まあ、ここまでつらつらと書いてきたことは、理想としてはこうだなというところで、実際にはこんなにきれいに進むことはほとんどない。チームで仕事をすると人によって方法論が違うし、皆忙しいので時間がかかるように見えるやり方は嫌われる。
どこを目標にしてどのようなやり方で仕事を進めるのかを決めるのは技術リーダーの重要な仕事だと思う。個々人にテーマを与え、アウトプットと期限を明確にして進捗管理する。仕事の細分化と明確化というのがポイントでこれを怠ったり、あやふやだと十中八九失敗する。炎上確実で怖いことに。
技術開発の話がプロジェクトマネジメントの話になってしまったけれども、つくづくプロマネというのは大変な仕事だなぁと思う。自分でもどうなるか分からないのに、人を使って結果を出す難しさ。これをうまく捌ける人はほんと尊敬する。
また気が向いたら何か書きます。
メイカーズバザール大阪に出展しました！
6/27（土）と6/28（日）の両日、いつもお世話になっている株式会社YOKOITOさんのブースをお借りしてメイカーズバザール大阪に出展いたしました。
メイカーズバザール大阪 2015年6月27日・28日開催 関西のメイカーズ・イベント
出したモノはここ1か月ほど設計とモノづくりを進めていた組み立て式の望遠鏡です。光学系は市販のものを流用しましたが、それ以外はオリジナルの設計で、3Dプリンターとレーザーカッターを使って作り上げたものです。
何せこういった類の展示会への出展は初めての経験であったため、どういうところがポイントになるかも正直良くは分かっていませんでした。なので今回は私にとっては実験という意味合いが大きかったというところです。
手さぐり状態であっても、ある程度知りたいと思う項目はありました。
・一般の方はどれぐらいモノづくりに興味があるのか
・3Dプリンターを使って作ったものは売れるのか
・設計や3Dデータに興味を示す人はどれほどいるのか 等々。。。
展示方法にまで工夫を凝らす時間があまりとれなかったため、これらの答えが得られるような仕掛けはできませんでしたが、お話をさせていただいたお客様の反応や、他のブースの様子からある程度感触がつかめてきました。
まだ色々整理できていない段階ですが、簡単にまとめると。。。
・モノが作られていく過程には非常に興味を持っておられる
・楽しさを全面に出した展示には多くのお客様が足を止めている
・市販品と明らかに差があるものでないと品物は売れない
・設計自体には興味がない、というか全く想像ができない世界のよう
・3Dデータや3D-CADといっても、まだまだ一般の方の理解の範囲外にある
といったところでしょうか。
他ブースで多くの人が集まっていたのは、VR系のもの、立体フィギュア、それから女性にはアクセサリー。あと親子で行うモノづくりのワークショップなどなど。文句なく楽しいものや、良いものは説明不要で人目を引くんですね。説明が必要なものはその時点で多くのお客様が素通りしてしまう。このことは肌で実感しました。
私が出した望遠鏡のコンセプトとしては、「本格的な設計・モノづくりを楽しむ」ということ、そしてその題材を提供することにありました。
十分な準備をせずに臨んでいるため、反応があまり返ってこなかったのは当然ではありますが、このコンセプトを実現しようとすればかなり地道な、そして様々な仕掛けが必要になってくると感じました。
不可能ではないと思うけれども、何というか、プロと一般の方の距離を縮める解決策のようなものが必要かと。その一つは3Dプリンターの進化や、簡単な3Dデータ作成システムだとは思いますが、もう少し時間的に先の話ですね。
色々期待していた結果が得られないところもありましたが、それでも一般のお客様の声を直接聞けたこと、また他のクリエイターの方とお話しでき、新たにお知り合いになれたのは大きな収穫でした。
今回の出展を通じて、次の打ち手も少し見えてきました。短期的なものと長期的な活動と。
大事なのは行動を起こすこと。そこでの体験をもとにまた考えることですね。
最後になってしまいましたが、YOKOITOさんにはこのチャンスをいただいたことを感謝したいと思います。またよろしくお願いします。
ちなみに私の望遠鏡は小さいお子さんには大好評でした。彼らには3Dプリンターもレトロ調の塗装も関係ないみたいでしたけど(・・;)
