3DAモデル（3D Annotated Models）

3DAモデルの導入は製造業界における革命的な進化と評され、オブジェクトや製品の設計において画期的な変化をもたらしました。この技術を利用することで、設計者やエンジニアは三次元空間での精密な表現が可能となり、製品を全方位から詳細に視覚化できるようになります。3DAモデルは、物理的寸法、形状、配置、材料といった複数の要素を視覚的に捉え、豊富な情報を提供します。この結果、設計プロセスが大幅に向上し、誤解の減少、エラーの最小化が実現されます。設計段階での早期エラー特定により、時間とコストを節約し、製造段階での問題発生を防ぐことができます。これは、部品間の相互作用や動作を3Dで視覚化することで、設計上の欠陥を早期に発見し、それを修正することが可能になるためです。

• 3DAモデルについて
• 3DAモデルと3Dデータの違い
• 3DAモデルの目的と目標
• 3DAモデルの確認項目
• 3DAモデルの推進団体
• 3DAモデルのテクノロジー
• Glossary

3DAモデルと変換データは、目的、使用方法、及び製造業界や設計プロセスに与える影響の観点から区別されるべきです。3DAモデルは、3次元の幾何学的形状に加え、製品製造情報（PMI）、属性データ、設計意図などを含む詳細な注釈を備えた複合的なデータモデルであり、製品設計から製造、検査、組み立てに至るまでの全プロセスにわたって重要な情報を提供します。このモデルは製品の形状だけでなく、寸法、材質、公差、表面処理など、製造に必要な情報を包括的に含むことで、製造プロセスの効率化とエラーリスクの低減に貢献します。製品の設計意図や製造要件を明確に伝達することで、製造過程の誤解やミスを防ぎ、生産性と品質の向上に直接影響を与えます。

日本におけるデジタルトランスフォーメーション（DX）、3DAモデル、インダストリー4.0の議論は、これらの概念が発展する順序に沿って進められています。2004年頃にDXの概念が出現し、ビジネスプロセスをデジタル技術で変革し、有意義な情報を将来に伝える方法が焦点となりました。この時期、3次元CADデータの価値が認識され始めました。次に、3DAモデルが重要視され、製品の設計や製造、保守に関する情報を含む複雑な3Dデータの利用と保存が注目されました。これにより製造業の効率性と品質が向上しました。最後に、インダストリー4.0が登場し、製造業のデジタル化を推進し、データを効率良く活用して製造工程を改善することを目指しました。これらの概念は相互に連携し、製造業のデジタル化と効率化を進めるための重要なステップとして機能しています。

CADデータ、特にBrep形式には、トレランス誤差や不正要素が含まれることがあり、これらがCADシステム間の互換性に影響を与えることが問題となっています。この問題に対処するため、ドイツ自動車工業会（VDA）は1990年代から、トレランスを0.02mmに統一する取り組みを行っており、NXやSolidWorksなどParasolidカーネルを使用するシステムを中心に互換性を高めています。これにより、異なるCADシステム間でのデータの互換性が向上しました。

さらに、国際標準化機構（ISO）は、品質検証プロセス「CADデータ品質チェック（ISO:10303-59）」を提供しており、CADデータの不正要素を効率的に検出し、修正することが可能です。このプロセスは、プリミティブ情報を保持しながら不正要素を修正でき、F35のマルチCAD開発計画など大規模プロジェクトでの利用が確認されています。また、これにより50万部品を超える航空機の設計データの長期保存や型式認証が可能になるなど、CADデータの品質保持と互換性向上に貢献しています。

プリミティブ情報は、CADモデルの基本となる幾何学的形状―平面、円筒、円錐、球面など―の情報であり、現代製造業、特に航空宇宙産業や自動車産業における3Dモデルの設計と解析において欠かせない要素です。これらの基本形状は製品の設計、製造、品質管理、そして製品ライフサイクル管理の基盤を形成し、複雑な機械部品の設計において重要な役割を果たします。プリミティブ情報の正確性は、製品設計の精度を高め、エンジニアリングの効率化に直接貢献することで、製造プロセス全体の品質と効率を向上させることにつながります。

3DAモデル技術の進化は、製造業、特に航空宇宙産業と自動車産業に革命をもたらし、製品の設計から生産に至るまでの様々な段階でその価値が実感されています。例えば、ダイムラー社はAクラスの設計改善にこの技術を採用し、「3D Evolution」ソフトウェアのヒーリング機能を使用して重心計算の精度を高め、製品の安全性を向上させました。また、ロッキード・マーチンはマルチCAD環境下での設計作業において、「3D Evolution」の採用により大きな進歩を達成しました。さらに、国際標準化機構（ISO）によるSTEP AP242や「CADデータ品質チェック（ISO:10303-59）」などの標準化されたCADデータフォーマットの開発により、3DAモデルの互換性が向上し、CADデータの操作がシンプル化されました。これらの進歩は、製造業の効率化、製品の品質向上、および国際的な協力の促進に寄与しています。

日本の3次元設計業界において、「CADデータ品質チェック（ISO:10303-59）」の一般的な採用が遅れていることは、国際的な設計基準との整合性が不足していることを示唆しています。過去に市場に登場した様々なPDQ-Sツールが異なる検査結果を出したことが、この分野における信頼性の問題を引き起こしました。これに対応するため、ISOはVDAチェッカーを基にPDQ-Sのアルゴリズムを機械語で標準化し、異なるツール間でも一貫した検査結果が得られるようにしました。しかし、日本自動車工業会（JAMA）が独自の基準を持つことが、国際基準への準拠を困難にしています。国際的に広く受け入れられているISOのPDQ-S基準に従うことで、日本の設計業界は設計品質の向上と国際競争力の強化を図ることができます。

現代の製造業界では、3Dモデルの精度と効率が製品開発の核心に位置していますが、CADツールの技術的な制約により、その潜在能力が完全に発揮されていないのが現状です。特に、複雑な曲面の作成や干渉チェックに関する課題は、製品品質と設計革新の大きな障害となっています。これらの問題は、CADシステムにおける形状表現の標準である境界表現（Brep）とそのトレランス依存性に根ざしています。このような課題に対処するために、欧州で開発された「3D Evolution」というツールが、複雑な形状の精確な処理と正確な干渉チェックを可能にし、製造業界における設計プロセスの効率化と安全性向上に貢献しています。

製造業やエンジニアリング分野において、複雑なアセンブリや数十万点に及ぶ部品点数を含むプロジェクトでは、大容量の3DAモデル変換が重要な役割を果たします。この変換プロセスは効率性と正確性を同時に求められ、特化したツールや技術が不可欠です。「3D Evolution」のような高度なツールは、これら大規模な3DAモデルを効率的に変換することを目的として設計されています。プロセスでは、アセンブリ（組み立てられた部品の集合体）と個別のパーツを分離することが第一歩であり、これにより変換プロセスの速度と正確性が向上します。アセンブリとパーツを区別することで、複雑な相互関係や依存関係を減少させ、変換プロセスをより管理しやすくすることが可能になります。

3DAモデルは、パーツファイルとアセンブリXMLファイルの2つの主要な要素から構成されます。パーツファイルには、個々の部品やコンポーネントの形状、寸法、材質、表面処理などの詳細情報が含まれており、部品設計、製造プロセスの指示、品質検査基準に使用されます。「3D Evolution」で生成されるこれらのファイルは、部品の詳細デザイン情報を維持します。一方で、アセンブリXMLファイルは、複数のパーツファイルを組み合わせた製品の全体構造や部品間の関係をXMLで表し、設計者が製品の構造を理解し、部品間の相互作用や組み立てプロセスを視覚化、解析するのに役立ちます。これらのファイルは製品設計の柔軟性と効率性を高め、製品開発プロセスをスムーズにします。

航空宇宙業界では、製品の長寿命に伴い、3Dアーキテクチャ（3DA）モデルの長期保管と保証が非常に重要です。これに対応し、LOTAR（Long Term Archiving and Retrieval）は、3DAモデルの保証期間を55年と定めています。これは、製品設計から製造、運用、保守に至るまでの長期にわたり重要な設計データを保持する必要があるためです。国際標準化機構（ISO）は、長期保管のニーズに応えるため、「10303-59 品質検証（PDQ-S）」と「CADデータ同等性チェック（ISO：10303-62） 」を特定しています。前者は3DAモデルの品質保証基準を提供し、後者は異なるソフトウェアやシステム間での3DAモデルの正確な交換と一貫性保持を目指します。

デジタルトランスフォーメーション（DX）において、「3D Evolution」の操作スキルは、特にレガシーデータへのアクセスやデータの形式変換を行う上で極めて重要です。このツールは1990年代から存在し、主に防衛産業のデータを扱い、変換プロセスでは基本的な形状情報を保持することを特徴としています。2006年には、ロッキードマーチン社のF35開発計画でマルチCAD環境での共同設計においてその使用が義務付けられ、変換された3Dモデルが元の形状属性を維持できることが強調されました。日本ではプリミティブ情報の保持に焦点を当てたフォーマット変換は珍しく、修正が必要な場合には情報が失われがちですが、「3D Evolution」はAdvanced Repair Technology（ART）を用いてこの情報を保ちながら修正する能力があります。この技術は、航空宇宙団体（LOTAR）やドイツ自動車工業会（VDA）に認められ、製品開発の実務における型式認証や法的整備（EN9300）の定義に貢献しました。これらの要素から、「3D Evolution」の適切な使用とプリミティブ情報の理解は、DXを成功させるために不可欠とされています。

製造業界では、「3D Evolution」と「3D Analyzer」というツールが業界の革命をもたらしています。3D Evolutionは、膨大な量の3DAモデルを迅速に処理し、複雑なデータ構造をシンプルな形式に変換することが可能です。これにより、ロボットシミュレーションのスピードアップや設計プロセスの効率向上に貢献し、製造プロセスのスリム化を実現します。一方、3D Analyzerは3DAモデルの品質検証に特化しており、設計の変更点を迅速に確認し技術的チェックを行うことができます。これらのツールは、設計から製造、品質評価に至るまでのプロセスを効率化し、品質向上に寄与しています。製造業のデジタル変革を推し進めるこれらの技術は、業界の未来を形作る上で中心的な役割を果たすと予想されます。

近年、製造業界ではデジタル・トランスフォーメーション（DX）が進化し、特に「3D Evolution」、「3D Analyzer」、「4D Additive」という3つの技術が注目されています。これらは製品設計から製造までのプロセスを改善し、業界の生産性を向上させています。「3D Evolution」は、異なるCADシステム間の3DAモデル変換を高精度で実現し、エンジニアリングチームの効率を向上させます。「3D Analyzer」は、3DAモデルの検証を通じて、設計上の誤りを迅速に特定・修正し、製品開発のコストと時間の浪費を削減します。「4D Additive」は3Dプリンティング技術に焦点を当て、ネスティング技術による3Dプリント工程の効率化と材料利用の最適化を実現し、持続可能でコスト効果的な製造を可能にしています。これらの技術は、製造業界におけるデジタル化の推進と生産性の向上に寄与しています。