VCADシステムの意図するもの
理化学研究所
知的財産戦略センター
VCADシステム研究プログラム
ディレクター
牧野内 昭武
平成１８年１０月１８日
理研シンポジウム
VCADシステム研究 2006
背景
大河内正敏 福井伸二 吉田清太 中川威雄 牧野内昭武 大森整 板成形シミュレーション研究会 １９１８－１９４５ １９４５－１９６２ １９６８－１９８５ １９８５－１９９４ １９９４－２０００ ２００１－ １９５７ 薄鋼板成形技術研究会 理研コン ツエルン １９９０
理研が牽引したものつくり研究
自動車車体の プレス成形薄鋼板成形技術研究会
１９５７年（昭和３２年）「コニカルカップテスト研究会
」発足 会長：福井伸二 １９６４年（昭和３９）年 「薄鋼板成形技術研究会
」となる 代表幹事：吉田清太（１９７５年） 会員数：自動車メーカー１４社、鉄鋼メーカー７社 研究活動：年４回（各２日間）の研究会 理研の変形工学研究室に多くの研究生を受け入れ、企業との共同 研究を積極的に推進。 吉田先生に直接教えを受けた技術者は１００名を越える。 現在も研究会は継続。板成形シミュレーション研究会
発足：1990年9月－1996年10月（6年間） 会長： 牧野内 昭武、 副会長：仲町 英治氏（大阪大学） 鉄鋼； 川崎製鉄、神戸製鋼、新日本製鉄、住友金属、日新製鋼、NKK 非鉄； スカイアルミニウム、住友軽金属、古河電工 自動車； いすゞ自動車、スズキ、日産自動車、日産車体、日野自動車、富士重工、 プレス工業、トヨタ自動車、マツダ、三菱自動車、ヤマハ発動機、中央精機 プレス機械； コマツ コンピュータ； 日本IBM、日本ユニシス、日立製作所、富士通、日本HP、 KGT、 電通国際情報サービス、 金型； アマダメトレックス 電機； 三菱電機 大学； 大阪工大、東北大、電通大、東京農工大、琉球大 プレス成形シミュレーションのための３次元弾塑性有限要素法ソフトウェアITAS３D の開発と会員へのリリース。 非線形有限要素法や成形シミュレーションに関し高度な知識を持つ技術者の養成。計算機トライアルによる割れの回避
板厚変化率 （％） ポンチプロ変更 (最初の金型形状） (決定した金型形状) 成形進行 ７形状をシミュレーションし、 最適形状を決定した 型組み 立 て 後 半日で OK パ ネ ル 取 得 われものつくり情報技術統合化研究
プログラム
平成１３年４月ー平成１８年３月
VCADシステムの開発を始めた動機
１．CADからCAD、CADからCAEなど、ものつく
りを支援するソフトウェアの間をスムースに
データが渡らない。
２．ソリッドCADで描かれた 「もの」を表現する
データが、表皮しか持っていないのは技術的
に問題だ。これでは不安定だし、ものの内部
の情報が欠けている。
VCADシステムとは
１．CAD、シミュレーション、ＣＡＭ，ＣＡＴをシームレスに扱える ２．異なる形式で入力される人工物（設計した工業製品など）と 自然物（複雑な構造を持つ図面の無いもの、生体など）を、 同一データ形式のモデルにして扱える VCADモデルをコアとすることにより ものの形だけでなく、複雑な内部構造や内部の物理属性もそ のまま表現できる、すなわち「もの」を「中まで詰まったもの」と して扱うことを可能とする技術体系。１．空間をセルで分割する ２．境界面をセルを単位として表す ３．セルに階層を持たせる（８分木）
VCADデータ形式
対象とする領域 領域 １ 領域 ２VCADシステムの構成
V-CAT VCADフレームワーク VCADモデル 製造装置 現実にある もの V-CAＭ X線CT MRI スライサー 設計者の考えた 設計案 Solid CAD 製品機能シ ミュレーション ソフトウェア群 製造工程シ ミュレーション ソフトウェア群 V-シミュレーション ＶＣＡＤデータ作成 とハンドリング 加工データ 作成 測定データの ハンドリング 製品 データの入口 データの出口 人工物 自然物 図面の無い 人工物VCAD関連ソフトウェア
VCADモデルより縮退６面体メッシュの生成 Dual Mesh Generator
S-CADからVCADへのデータ変換ツール V-OBJ Creator 鋳造品の熱収縮解析 V-SHRINK 熱流体解析の可視化 V-Visualizer 構造解析（拡張有限要素法） VX3D 構造解析（通常有限要素法） V-STRUCT 樹脂射出成形解析 ＰＬＡＮＥＴＳ Tryshot ナノ精度が実現できるＣＡＭ NanoＣＡＭ 加工成形シミュレ ーション 傾斜屈折率レンズの光路解析 Ｖ－ＯＰＴ 熱流体解析 V-FLOW 点群データから形状を抽出しＶＣＡＤへ渡す Ｖ-ＣＡＴ ＣＡＴ ワークの変形解析と連動したCAM 鍛造解析 プレス成形解析 鋳造解析 シミュレーションプログラム開発フレームワーク CADデータ生成と修正、可視化 機能 V-CAM ＣＡＭ V-FORGE V-STAMP V-CAST V-SPHERE VCADフレームワーク ソフト名 製品機能シミュレ ーション ＣＡＤ 役割 公開ソフトウェア
VCADシステムの普及を図る
１．ソフトウェアの
公開
２．VCADシステム研究会による
研究協力の推進
３．理研ベンチャー等企業との連携によるソフトウェ
アの
商品化
VCAD Framework V-ObjCreator V-Cat IGES VOBJ VX３D V-sphere-SvCube V-Sphere Point Data
VCADシステム公開ソフトウェア
Digitizer S-CAD V-Struct V-isio V-DualGrid 熱流体解析 構造解析 S-CADからの 入力 測定データ からの入力 VCADモデリング 平成18年７月２４日より公開Ｈｔｔｐ://vcad-hpsv.riken.jp/
通常FEM 拡張FEM プログラム開発 フレームワークV-CADシステム研究会
平成１８年３月３１日現在 １．研究会の活動内容 定例研究会の開催（年3回） 研究・開発に関する情報交換 理研で開発されたソフトウェアの試験的使用及び共同で の研究開発 ２．会員 企業会員；年会費３０万円、会員数３３社 個人会員（大学、公立研究所の研究者）； 年会費5千円, 会員数２１名 ３．現在は任意団体。 来年４月からNPO法人化予定。VCADシステム研究プログラム
平成１８年４月ー平成２３年３月
（VCADシステム研究 第２期）
VCADシステム研究プログラムの
ミッション
１．VCADシステムを高度化して、ものつくり支援
のための最先端のツールを開発する。また、
扱う対象を、「医療分野」や「生物科学分野」
に広げる。
２．VCADシステムが広く社会で使われるよう、
強力かつ現実的な普及戦略をたてる。
研究課題
１．VCADシステムの高度化
（a）VCADによる構造･物性モデリング手法の研究 （b）流体解析を中心とするシミュレーション研究 （c）固体や柔軟体の構造解析を中心とする各種シミュ レーション研究 （d）VCADシステムの加工への適用２．VCADシステムの普及
３．医療分野への展開
４．生物研究への展開
VCADシステムの
高度化
VCADシステムの
普及
医療分野への
展開
生物研究への
展開
次世代VCAD プロジェクト研究課題の関連
各種製造業
生体力学シミュレー ション特別研究ユニッ ト 理研 中央研究所 脳科学センター 横浜研究所 つくば研究所 理研 医療機器 メーカー 医学界 生物科学 研究界共通基盤
実用
ツール
研究ツール
研究
ツー
ル
研究組織
３ 及び ４ 安達 泰治 細胞シミュレーションチーム ３ 及び ４ 横田 秀夫 生物研究基盤ツール構築チーム ２ 須長 秀行 普及推進チーム １(d) 大森 整 加工応用チーム １(b) 及び(c) TEODOSIU Cristian 加工成形シミュレーションチーム １(b) 及び(c) 小野 謙二 機能情報シミュレーションチーム １(a) 加瀬 究 VCADモデリングチーム 担当課題 チームリーダー チーム名 プログラムディレクター： 牧野内 昭武VCADシステムは何を目指すのか
次に、
統合されたシステムを用いて、計測とシミュレーショ
ン結果を直接設計・製造に生かす、高度にデータ
依存の高精度・迅速ものつくり技術を開発する。
まず、
現状では完全に遊離している、CAD/CAM/CAE
(つくる）とリバースエンジニアリング（知る、理解す
る）の２つのシステムを統合して１つにする。
ものつくりのための情報システムの現状
もの 情報の入力 情報の処理・蓄積 計算機 計測装置 リバースエンジニアリング（知る） 計測データ シミュレーションモデル化 データベース 製造装置 情報の出力 情報処理 もの 計算機 CAD/CAM/CAE （つくる） CAE CAM CAD 人の設計意図VCADシステムが意図する
ものつくりのための情報システム
製造装置 情報の出力 情報処理 もの 計算機 もの 情報の入力 計測装置 CAM 計測データ シミュレーションモデル化 データベース CAD 人による設計ソリッドCAD 表面形状 X線CT 3次元形状測定 イメージデータ 境界＋内部情報 表面形状情報 表面点群データ B-Rep V-CAT V-シミュレーション V-CAM 境界データ
現時点でのVCADシステム
シミュレーション スライサ VCADシステム研究プログラム で開発している技術 形状創成 形状操作 形状操作 メッシュ生成 物性分布処理 陰関数形状表現 VCADフレームワーク 構造解析 熱流体解析 各種加工解析 物性データ 形状データ 長田パッチ V-DualGridソリッドCAD 表面形状 X線CT 3次元形状測定 イメージデータ 境界＋内部情報 表面形状情報 表面点群データ B-Rep V-CAT V-シミュレーション V-CAM 境界データ
VCADシステムによる統合化
シミュレーション スライサ 形状操作 メッシュ生成 物性分布処理 陰関数形状表現 VCADフレームワーク 構造解析 熱流体解析 各種加工解析 物性データ 形状データ 長田パッチ V-DualGrid製造装置
人による
設計
計測装置
計算機
陰関数形状表現 現VCADフレームワーク Dual Grid Kitta cube Oct-tree Voxel 形 ・形状操作 境界＋ メッシュ＋ 物性分布 ・メッシュ操作 ・多媒質対応 表裏 将来のVCADフレームワーク 6面体要素
