Hexagon スマートアセンブリショップ：物理世界と製造の仮想世界をつなぐ

自動車OEMや サプライヤーは、製品開発、発売のコストと時間を削減するプレッシャーにさらされています。インダストリー4.0変革の一環として、自動車の試作や打ち上げに使用される基本的なアプローチを根本的に変えることができる技術が出現しています。Hexagon は、製造プロセスのデジタルツインのこのコンセプトをスマートアセンブリショップ（SAS）と呼んでいます。

スキャニングと計測、CADモーフィング、重力補正、マルチフィジックスプロセスシミュレーション、品質データ管理を含む複数のソリューションの統合により、Hexagonは、エンジニアリングチームが製造プロセスの総合的な影響を詳細に評価し、最初の工具を切削する前や不適合が確認された後に問題を軽減するための措置を講じることを可能にするプラットフォームを構築しました。

はじめに

すべての車体とシャーシ構造は、厳格な寸法仕様に合わせて製造されます。主要な機能は、アセンブリ内の他のコンポーネントと整列するように、または一般的に「フラッシュ＆ギャップ」と呼ばれる消費者の目視検査に合格するように、正しく配置されている必要があります。過去 100+年以上にわたり、従来の方法論は、個々の（細部の）部品をできるだけ公称値に近づけるために、スタンプを押すなどして製造することでした。その後、様々なスタンピング、鋳造、押出成形品をスポット溶接やその他の接合技術を使用してサブアセンブリに接合し、再び公称値を維持しようとします。

この工程は、ステーションごとに繰り返され、サブアセンブリが組み合わされ、最終的に完成したアセンブリ（最も複雑な例では、白いアセンブリの完全なボディ）ができるまで続きます。しかし、この方法の課題は、刻印されたままの部品はそれぞれ公称値から少しずれており、組み立て工程の各段階でさらに寸法のばらつきが生じることです。

さらに、個々の詳細部品の適合性を達成しても、アセンブリが仕様を満たすことを保証するものではありません。ステーションごとに、公称値からの寸法のばらつきが進化し、ばらつきの根本原因を特定することがますます困難になります。また、各製造段階における工程のばらつきの影響も考慮する必要があります。この効果は以前から知られており、視覚化もされていましたが、問題の複雑な性質に適切に対処するソリューションがありませんでした。その代わりにエンジニアたちは、直感や 種々の知識、そして試行錯誤に頼って、望む結果を得ようとしました。

図1。溶接された車体側のブレークアウトアセンブリ。

製品の開発・発売プロセスにおけるコストと時間を大幅に削減するためには、最終的なアセンブリの寸法適合性を達成するために必要な物理的なプロトタイプと反復の回数、および固定具の数量と複雑さを最小限に抑える必要があります。SAS ソリューションの 2 つの基本分野を以下に説明します。仮想検査治具（VCF）および仮想アセンブリ（VA）。

スマートアセンブリショップ - 仮想アセンブリ

仮想アセンブリプロセスは、仮想検査治具と同じシステムと原則を活用する同様のワークフローです。SAS 仮想アセンブリワークフローは、アセンブリプロセスがラインを進むにつれて複数の個々のコンポーネントとサブアセンブリを物理的に固定、クランプ、結合し、連続してより大きなアセンブリにするステップに焦点を当てています。目的は、ワークフローに入る寸法的に非公称なコンポーネントの現実を考慮しながら、マルチフィジックスクランプ、溶接、接合プロセスシミュレーションを通じて、アセンブリプロセスの挙動を予測することです。

仮想アセンブリプロセスの結果は、製造プロセスの効率的な評価であり、エンジニアは製品開発サイクルのはるかに早い段階で、結果として生じるアセンブリ挙動を迅速に評価することができます。仮想アセンブリワークフローをデジタル化することで、いくつかの利点を得ることができます。

• 新製品開発と上市に要する日数を短縮
• 物理的なプロトタイプ作成に必要なコストと労力を削減し、潜在的に排除
• 製品開発サイクルの早い段階で設計および製造プロセスに対する信頼度を向上
• 製品開発サイクルの早い段階で必要な設計とプロセスの変更を特定する能力
  
  

  図 2：仮想検査治具ワークフロー

仮想アセンブリワークフローの例を図 3 に示します。この場合、部品 / 治具、計測スキーマ、および CAD/PLM/ エンタープライズソフトウェアシステムからプラットフォームに流れるプロセスデータを含む、複数の非公称形状がワークフローに入力されることから始まります。このデータは、物理的な組み立て工程のデジタルバージョンを生成します。仮想プロセスは、物理的なプロセスをできるだけ近く反映する必要があります。

コンポーネントの幾何学的表現は、直接 CAD から公称ジオメトリに基づくことができます。また、計測スキャンデータ（STL）を活用して、上記の形状モーフィングを実行し、仮想アセンブリモデルで非公称形状表現を得ることもできます。その後、仮想アセンブリプロセスシミュレーションモジュールは、金属成形、トリミング、接着剤塗布、クランプ、機械的接合、溶接、継ぎ目などを含むことができる、製造プロセスの各段階の個別のプロセスシミュレーションを実行します。

図3：仮想アセンブリワークフロー

各ステージの結果は、次々と次のステージにまとめられ、より大きなアセンブリに結合されます。各組立段階の後、シミュレーション結果は、生産中に適用されるように、基準点システム（RPS）などの計測スキームを適用することで評価されます。これらの結果に基づいて、エンジニアリングチームは、クランプと固定アプローチの変更、溶接 / アセンブリプロセスの変更、溶接シーケンスの変更、以前のステーション構成の変更、または個々のコンポーネント形状の変更を含むがこれらに限定されない、さまざまな手段でプロセスを改善 / 最適化するためのステップを講じることができます。

設計による柔軟性

仮想検査治具と仮想アセンブリのワークフローは柔軟に設計されています。このソリューションは、さまざまな使用事例を念頭に置いて開発されています。選択と設定を簡素化するテンプレート化されたワークフローを選択することで、ソフトウェアをどのように使用するかを決定するのはユーザーとチームです。図 4 は、ユーザーが所望のプロセス設定を定義するために行うことができる異なる選択を示す。

図4：SAS 入力

SAS ユーザーは、このソリューションで多くの潜在的な使用事例を完成させることができます。以下は、お客様が特定した使用事例 / 研究の例です。

• 設計と製造プロセスの相互作用を評価します。クランプ、治具、溶接位置、溶接シーケンスなどの組み合わせは、アセンブリのマクロ変形にどのように影響しますか？
• 工程における非公称形状の影響を理解する：パーツまたはサブアセンブリのジオメトリが公称値と異なる場合、プロセスはどのように異なりますか？
• 部品とサブアセンブリの仮想チェック固定を実行します。非公称部品とサブアセンブリは、個別に、また他の部品とどのようにチェック治具に適合しますか？
• 治具の堅牢性 / 安定性評価を実施する：治具に部品をクランプするプロセスの繰り返し性はどの程度ですか？部品は毎回同じ場所に固定されますか？
• 仮想計測を実施して、寸法公差への影響を理解します。計測学または寸法管理計画に関する上記の研究の影響は何ですか？

計測学を強化したシミュレーションソリューション

計測ハードウェア、ソフトウェア、プロセスシミュレーション、品質データ管理を統合した、目的に合わせて構築されたソリューションにより、エンジニアは、この高度な分析を生産環境で効率的かつ効果的にする合理化されたワークフローを得ることができます。統合ソリューションは、スマートアセンブリショップのプロセスをサポートするために複数の個別の技術を結びつけます。プロセスのさまざまなステップを通じてデータを管理し、大量のスキャンデータ、計測データ、アセンブリ情報、シミュレーション結果の効率的な処理を可能にします。このプラットフォームは、ワークフローのさまざまなステップを通じて、多くのコンポーネントでこれを行うことができます。その結果、エンジニアはソフトウェアを稼働させるのに時間を費やす代わりに、データを迅速に分析し、結果を解釈することができます。

統合ソリューションを使用することで、エンジニアは望ましくない行動の原因を効率的に推測し、それを軽減するための最適なアプローチを特定できます。スクリプトソフトウェアインターフェイスは、大規模な自動実験設計（DoE）と最適化を駆動し、エンジニアは、人間の介入なしに、クランプ、治具、溶接シーケンス、その他の多くの形状とプロセス入力の多くの潜在的な組み合わせを評価することができます。最後に、統合ソリューションにより、組織内のさまざまな役割を持つさまざまなステークホルダーが仮想および物理的な品質データと相互作用し、寸法品質の推進要因に関する結論を導き出すことができます。

結論

Hexagon のスマートアセンブリショップは、業界の製品開発と製品発売の方法を劇的に改善できる方法でいくつかの高度な技術を組み合わせています。このソリューションは、プロトタイププロセスを仮想的に評価することで、設計と製造プロセスの開発ループを削減するのに役立ちます。このようにして、設計を開始から生産承認プロセスに移すのに必要なコストとカレンダー日数も大幅に削減されます。