カテゴリー別アーカイブ: CAE情報

主要CAEプロジェクト

有限要素解析を行うためには、3DCADデータの作成→変換→メッシュ作成→条件設定→計算→表示という作業が必要になります。それぞれが独立したソフトウェアになっており、通常のCADのようにボタンを押して数値を入れれば、計算してくれる、という単純なものではありません。ソフトウェアのコードを直接打ち込まなくてはならない、場合も多くあります。

これらの作業全体を行うオープンソースの大規模なシステムも数多くあります。ここでは、その中で有名な幾つかのソフトについて紹介します。

1.Open Source CAE (FEM)

(1)国内プロジェクト

アドベンチャー・プロジェクト

東京大学を中心に日本に主要な研究機関が協力して行われているプロジェクトです。あの地球シミュレーターや京もここで開発されたソフトウェアが使用されています。ソフトウェアの更新は余り進んでいないようです。ネットで検索しても、なかなか出てこないので、認知度は非常に低いように思います。

このプロジェクトでは、解析に必要なソフトが全て、このプロジェクトのために新たに開発されています。その中には無料の3DCAD(VCAD)も含まれています。

DEXCS

岐阜高専、デンソー開発部を中心に行われているプロジェクトです。アドベンチャ・プロジェクトと連携しているようです。ただ、アドベンチャーは関連する全てのソフトを独自に開発しているのに対し、こちらは、他のいろんなフリーのソフトも有効活用しようとしています。

(2)海外プロジェクト

  アメリカ、フランス、ドイツが中心になるようです。他にはノルウェーが頑張っていますが、これも、国による積極的な支援があるからです。フリーのものは、関連資料のメンテが不十分であったり、ソフトの更新が遅れていて、ソフト間の連携が難しかったりします。これらの中でやはり、そういう難点が少ないのはフランス電力公社がバックアップしているSALOMEーMECAではないかと思います。

Elmer(ノルウェー)

・Elmer公式HP

ノルウェーの国が関係する機関によって開発が続けられているプロジェクトです。

Z88(ドイツ)

・Z88公式HP

Calculix(フランス)

・Calculix公式HP

ダッソーシステムズ社のABAQUSに似ているので有名なソフトです。

FEniCS(アメリカ)

・FEniCS公式HP

ケンブリッジ、シカゴ大学等の欧米の大学、研究機関が連携して行われているプロジェクトです。

SALOMW-MECA(フランス)

・SALOMW-MECA公式HP

フランスの電力公社が開発しているソフトです。基本はlinuxですが、WINDOWSで使用できるものもあります。

LISA

・LISA公式HP

関連サイト

3Dデータの入出力

3Dプリントサービス

3Dプリンタが最近よく話題に上がりますが、国内外に3Dプリントの受託サービスを行っている業者がたくさんあります。3Dモデルのデータがあれば、そういう業者に印刷を依頼すれば、簡単に造形化することができます。

外国の業者は3Dモデル作成のソフトメーカーと提携していて、モデル作成ソフトから直接依頼できるようになってところもあります。

3Dスキャナ

2次元のコピー機のように、3次元の形状を読み取る装置が数多く、販売されていますが、簡単に行う方法として、以下のような方法があります。
①Autodesk 123Catchというフリーのソフトを利用して写真(複数枚必要)を3Dデータに変換する。
②KinectというXBOXのセンサを3Dスキャナとして利用する。

  • Kinect

解析結果について

シミュレーションによる解析結果というのは、正しいかどうかは、本当は判りません。
単純なモデルでは、問題ないと思いますが、複雑な問題になると、モデル作成段階で、重要な条件を見逃していたりする可能性があります。

その為、複数のプログラムで検証したり、実際に試験をして確認する必要があります。そうやって、確認したものは、それ以後は、実際の試験を省略して、ソフトウェアによる検証のみで対応できるようになります。

実際のものは、特異点という、応力が無限大になったりする所がある場合が多いです。そういう場合には、そのポイントをどう処理していくか、を個別に検討しなければならなくなったりします。

その為、検証対象についての理論的な知識が必要になります。
理論的な知識があると、計算結果におかしな点があると判ります。
やはり、CAEは知識がない人でも、計算できるようにするための物ではなく、これを使用しなければ解けないような問題を解くためのものです。

有名な単機能ソフトウェア

ここでは、単機能で有名なソフトウェア例えば、表示(ポストプロセス)のみを行う有名なもの、メッシュ作成(プリプロセス)のみがを行うようなものを紹介します。

FEM解析を行うには以下のようなソフトが必要です。

  • モデル作成ソフト:CAD
  • メッシュ作成、条件設定:プリプロセッサー
  • 計算:ソルバー
  • 解析結果表示:ポストプロセッサー

先に紹介したプロジェクト対応のソフトは1つのソフトではなく、上記のような機能を果たす多くのソフトの集合体です。

下記を見てもお分かりになるように、これらのソフトはどこかの物好きな人間が作ったのではなく、大きな組織のバックアップを受けた一流の研究者達の共同作業の成果です。

ここでは、そういういろんなプロジェクトに使用されている、単機能だけど、優秀なソフトについて紹介したいと思います。

○メッシュ生成

・Netgen

Netgen公式HP

netgen_ICON

・GMSH Mesh Generator (フランス)

GMSH Mesh Generator公式HP

○可視化ソフト

・Paraview(米国)

paraview公式HP

データ分析と可視化のためのアプリケーション

・MayaVi

MayaVi公式HP

VTK を使ったフリーの可視化ソフトウェア

・Jgraph

Jgraph公式HP

高機能Javaグラフィックコンポーネント

・Visifire Microsoft

Visifire公式HP

○パラメータ自動最適化ツール

・DAKOTA Project

Sandia National Laboratories (米国)

数値解析ソフト

・FREEMAT

公式ホームページ

FreeMat プロジェクト日本語トップページ

商用パッケージのMATLABに似た、工学および科学アプリケーションのためのインタープリター型の行列指向開発環境で、視覚化、画像処理、プロッティングを提供します。

・GNU Octave

公式ホームページ

ダウンロード用パッケージ

  MATLAB 互換の数値解析ソフトウエア

・Scilab 数値計算システム(フランス)

公式ホームページ

・Rプロジェクト

公式ホームページ

オープンソースの統計解析向けのプログラミング言語と その開発実行環境

・MAXIMA  数式処理システム

公式ホームページ

・GNUPLOT

公式ホームページ

2次元、3次元のグラフを作成するためのコマンドラインアプリケーションソフトウェア

建築デザイン

よくマンションのちらしなどで、建築予定のマンションの写真のような絵が載っていることがあります。そういう絵は3DCADで、モデルを作った後、レンダリングを行い、Photoshopで画質を調整して完成させたものです。

絵を書いているのではなく、デジタルデータを処理して作られています。特にレンダリングは、特殊な数学的手法を使って複雑な計算を行い、三次元モデルを写真のように現実感のあるものに見せる技術です。

この時、モデル全体を現実感のあるものにするのではなく、できるのは、特定の視点から見た、一枚の絵に相当するものだけになります。

フリーのレンダリングソフトとしては、下記のようなものがあります。

  • Kerkytea

デザイン向けのソフトウェア

デザイン向けのソフトウェアとしてはAdobeのPhotoshopとIllustratorが非常に有名です。また、Corel社からも少し安い値段で、これらに対応するソフトが出ています。

Adobeのソフトの機能的に優れている点は、ラスター・ベクトル変換の機能をうまく使っている点にあるのではないか、と思っています。

Illustratorには正にこの機能を使った「画像トレース」という機能がありますし、Photoshopには、この機能をつかって、写真の中から、特定の部分だけを正確に切り出しその部分だけの色調を変換する、というところに使用されています。その他、高度な数学的手法を駆使して、いろんなことができる優れものです。

相当するフリーソフトとしては、GIMPやInkscapeがあります。GIMPがPhotoshopに相当し、InkscapeがIllustratorに相当します。

動画(アニメーション)作成

アニメーションを作成するためのソフトとしてまず思いう浮かぶのが、AdobeのPhotoshop、Illustratorです。Photoshopでは動画GIFが作れ、IllustratorではFLASHを作れます。これらは、HP上で公開することが可能です。

また、Photoshopに相当する機能を持つフリーソフトのGIMPでも同様にアニメーションの作成が可能です。

以上は、2Dのアニメーションの場合ですが、3Dのアニメーションもフリーソフトで作成可能です。日本ではMMD(MikuMikuDance)が一番有名でしょう。仮想アイドルの初音ミク関連で開発されたフリーソフトで、国内だけで数十万人のユーザーがいる、という話もあります。ただ、世界的には、一番有名なフリーの3Dアニメーションソフトと言えばBlenderでしょう。ただ、このBlenderは、ユーザーインターフェイスが独特で、初心者には、とっつきにくい、という欠点があります。本体は3Dモデル作成のソフトです。例えば、人が動くアニメーションを作るとしたら、その形を3Dで作成します。その後で、モデルの内側に骨に相当するものを組み込みます。その骨を動かすと、人体モデルが動くようになるのです。こうして、トイストーリーのような3Dアニメーションも作成することができます。また、MMDもBlenderも両方に言えることとして、大雑把に画像を切り取っても、その中間の画像を自動的に作成して、なめらかな動きにしてくれる、などの機能があります。

実際にアニメーションを作るのには、膨大な作業量が必要になってきますが、やる気さへあれば誰でもアニメーションを作成できる時代になってきています。

データフォーマットについて

CADデータには多くのデータフォーマットがあります。フォーマットというのは、データの保管方法のことです。2次元でも相当な数がありますが、これが3次元になるともっと多くなりややこしくなってしまいます。

まず、各ソフトウェアはそれぞれ独自のフォーマットを持っているのが普通です。ですから、いろんなメーカーから多くのソフトが発売されていますから、それだけの種類のフォーマットがありそうです。また、同じ名前のデータ形式、例えばdwgという非常に一般的なCADのフォーマットにおいても、毎年のようにマイナーな変更が加えられています。一つの会社内でも、複数の種類のCADが使われることは良くあります。これが、多くの会社間でとおいうことになると、大変なことになりそうです。

でも、実際は良く使われるフォーマットというものがあります。

フリーのソフトで問題となるのが、他のフォーマットに変換する機能が貧弱なところです。そのソフト独自のフォーマットでしか保存できなかったりするものがあったりします。そうすると、せっかく長い時間をかけてモデルを作成しても、他のソフトウェアで利用できなかったりしてしまいます。

また、顧客にそのデータをそのまま送っても使えないということがおきてしまいます。

商用の有料ソフトはその点、多くのフォーマットに対応しています。セールスポイントとして、多くのフォーマットに対応していることを挙げているものも多いです。フリーのソフトでデータ変換機能が貧弱なものでも、利用者の多いものは有志が
プラグインを作成して公開していたりします。3Dプリンタはほとんどのソフトで対応しているようなごく一般的なフォーマットに対応していますから、フリーのものも含めて大抵のソフトで作ったものは大丈夫のようです。

3Dファイルフォーマット

WordPressの開発環境

WEBの画面を作る際、単にhtmlとCSSだけで静的な画面を作るだけなら、Windowsに標準でついているNotepadだけでも、機能的には対応可能です。こういうエディターでコードを打ち込んで、保存する時にhtmlという拡張子を付けるだけです。

しかし、動的な画面を作る場合、PHPやデータベース、ASP.NETなどが使える環境を準備してやる必要があります。PHPはhtmlとは違い、別にソフトをPCにインストールしないと、動きません。

例えば、人気のCMSにWordpressがありますが、ソフト本体はPHPで記述されているため、PHPが必要です。また、データの管理を容易にするためにMySQLというデータベースを使っています。また、ウェブサーバーとして正しく動くかどうかを確認するために、ウェバサーバソフトも必要になってきます。

このWordpressの開発環境を構築するのに必要なソフトを一度にインストールできるパッケージソフトとしてはXAMPPがあります。これに相当するものとしてMAICROSOFT WEBMATRIXがあります。こちらも無料です。また、IBMが開発した無料の統合開発環境としてはECLIPSEというものもあります。WebmatiexやEclipse(イクリプス)にはエディターが付いているのでこのエディターを使うだけでもいいかも知れません。

Eclipseは,Windows向けに開発対象プログラミング言語別でパッケージングしたものです。これには日本語化プラグインがあります。

しかし、Windows環境のシステムを構築する場合、お金に余裕があればやはり定番のVisual Studioの購入がお勧めです。フル装備のものは百万円以上しますが、安いものは5万円代で売っています。

Javaの開発ツールとしては、JDT(Java Development Tools)があります。

・XAMPP
・WEBMATRIXの説明書
・Eclipse MergeDoc Project

3次元CADソフト(人物)

 3次元CADというより3次元モデル作成ソフトというべきものが数多くあります。こういうソフトは設計のためのCADソフトとは使い勝手が異なり、人体のような複雑な曲面からなるモデルを作成するのに適しています。粘土をこねるような機能や、全体を丸みを帯びるように変換するような機能があります。

 人体が動くアニメーションを作成する場合には、まず、①外形のモデルを作成、②内側にボーン(骨格)を構築、③ボーンを動かして画像を記録する、という手順で行います。下に挙げたソフトでMMDはアニメーションン作成用のソフトです。blenderはモデル作成からアミメーション作成、物理シュミレーションまで行える本格的なソフトです。

・MMD(MikuMikuDance)

・Vocaloid Promotion Video Project HP

初音ミク関連で開発されたフリーソフト

・Blender

・Blender日本語版HP

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この分野では一番完成度が高いフリーソフト

フリー3次元CAD(機械・建築設計向け)

今回は、機械設計などに使用する3次元CADソフトについてのお話です。
単なるビュワー(モデルを表示するだけのもの)では、ダッソーシステムズやオートデスクより、無償で提供されています。(ホームページから無料でダウンロードできます。) また、下記の無料の3Dソフトをビュワーとして使う手もあります。こういうソフトを入れておくと、3次元のデータを自分のパソコンで見ることができるようになります。

よく使われている無料の3DソフトとしてはGoogle SketchやFreeCAD、Creo Elements、の無料版などがあります。これらは、機能的には、ほとんど問題がありません.

他にオートデスクが開発中の3DCADソフトを無償で提供していたりしていますが、関連資料が少なく、習得するのが難しそうですし、開発中のソフトのため、信頼性にも疑問符がつきます。

これらの他に安価な3DCADを使うという方法もあります.特に安いのがViaCADやCorelCADです.安いものは数千円で購入可能です.(ただ、3DCADでは常識なはずの、体積計算もできないようですが….)

無料のビュワー

  • SolidWorks eDrawings 2013
  • eDrawings

  • Autodesk Inventor View 2013
  • eDrawings

  • Assimp
  • Assimp

無料のCADソフト

 BRL-CAD

・BRL-CAD HP

BRL-CAD_ICON

アメリカ陸軍が開発したCADソフトです。最近、無料で公開されました。

 VCAD

・VCAD HP

VCAD_ICON

日本の理化学研究所が中心となって開発した国産のソフトです。

 SketchUp Make 2013 (商用版:SketchUp pro 2013)

・SketchUp HP

SketchUp_ICON

Google SketchUpとして有名なソフトですが、今はSketchUp Makeとなっています。

 Creo Elements

・Creo Elements HP

Creo Elements_ICON

PTCが作ったCADの無料版です。

 DesignSpark Mechanical

・DesignSpark Mechanical HP

DesignSpark Mechanical_ICON

海外のパーツ販売会社が無料で配布しているCADです。

 FreeCAD

・FreeCAD HP

FreeCAD_ICON

機械工学や製品設計を直接の目的として作られています。

 HeeksCAD

・HeeksCAD HP

HeeksCAD_ICON

HeeksCNCという3次元CAMのプラグインもあります。

 Autodesk 123D Design

・Autodesk 123D HP

123d_ICON

最近、一番人気の無料の3DCADです。

 Autodesk Inventor Fusion 2013

・Autodesk Inventor Fusion 2013 HP

fusion_ICON

Autodeskが開発中のCADで無料で公開されています。

 NaroCAD

・NaroCAD HP

NaroCAD_ICON

Open CASCADEの技術基盤に基づいており、C#によって記述されている。

安価なソフト

 昔はこういう安価なソフトは、仕事に使うにはいまいち、機能的に問題があるようなものが多かったですが、今ではそんなことはありません。
 操作方法は個性的ですが、なかなか洗練されたソフトのように感じられます。

  • TURBOCAD
  • ViaCAD
  • Corelcad
  • Corelcad

フリー2次元CAD

 2DCADとしてはAutodesk社のAutocadが広く使用されています。
また、日本では日本製のフリーソフトJW-CADが建築業界を中心に広く使用されています。JW-CADは日本製だし、完成度も非常に高いものですが、建築用としての志向が高く使い勝手に少し難があります。
それに比較して、DraftSightは操作方法がAutocadに近く、使い勝手も非常にいいものです。また、フリーではありますが、有力なソフトメーカーであるダッソーシステム社から提供されているので、信頼性もあります。
このDraftSightは旧版のものは、あまり出来が良くなく、実際の業務に使用するのには疑問符のつくような代物でしたが、2012に出た最新版は非常に完成度が高く、Autocadとほとんど使い勝手が変わりません。

しかし、機能的な面で、若干劣ることは否定できませんが、それらは、通常は使用しないようなものが大部分であり、DraftSightはシンプルな分だけ、使いやすいのではないかと思えます。

JWCAD

・JWCAD HP

JWCAD_ICON

日本製で建築業界で広く使われているCADです。

DraftSight

・DraftSight HP

draftsight_ICON

フランスのダッソーシステムズ社が無償で提供している、2DCAD。

AutoCAD360 (AutoCAD WSの改訂版)

・AutoCAD360 HP

AutoCAD360_ICON

Web ブラウザやモバイル機器から DWG 図面を閲覧、編集、共有することができるアプリケーション。

Autodesk DWG TrueView

・Autodesk DWG TrueView HP

TrueView_ICON

Web ブラウザやモバイル機器から DWG 図面を閲覧、編集、共有することができるアプリケーションです。