CAE活用でコスト削減は可能？効果を出すためのポイント

CAEがコスト削減につながる仕組み

CAE（Computer Aided Engineering）は、コンピュータ上で製品の性能をシミュレーションする技術です。従来、製品開発では試作品を製作し、実機試験を繰り返すことで性能を検証してきました。この方法は確実性が高い反面、試作にかかる材料費・加工費・試験費用が積み重なり、開発コストを押し上げる要因となっていました。

CAEを活用すると、設計段階でコンピュータ上の仮想モデルを使って性能を予測できます。これにより、実物を作る前に問題点を発見し、設計を改善することが可能になります。試作と実機試験の回数を減らせるため、それに伴う直接的なコストを削減できるというのがCAEの基本的な仕組みです。

試作回数削減による直接コストの低減

試作品を1回製作するたびに、材料費、加工費、組立費、試験費用が発生します。さらに、試作品の設計図面作成や製作手配にも人件費がかかります。CAEを活用して設計段階で問題を発見・修正できれば、試作のやり直しを減らせます。特に、高価な材料を使用する製品や複雑な加工が必要な製品では、試作1回あたりのコストが大きいため、削減効果も大きくなります。

手戻り防止による間接コストの低減

製品開発の後工程で設計変更が発生すると、影響範囲が広がり、修正コストが膨らみます。金型を製作した後に設計変更が必要になった場合、金型の修正または再製作が必要となり、多大なコストと時間がかかります。CAEを使って上流工程で問題を検出できれば、このような後工程での手戻りを防ぐことができます。これを「フロントローディング」と呼び、開発全体のコスト効率を高める手法として広く採用されています。

コスト削減の具体的な効果

CAE活用によるコスト削減効果は、開発プロセスの様々な場面で現れます。効果の大きさは製品の種類や開発体制によって異なりますが、主に以下のような領域で効果が期待できます。

試作・試験費用の削減

試作品の製作回数が減ることで、材料費・加工費・組立費を削減できます。また、実機試験の回数が減れば、試験設備の使用料や試験担当者の工数も削減されます。特に、衝突試験や耐久試験など、試験品が破壊されるタイプの試験では、試験1回あたりのコストが高いため、シミュレーションによる代替効果が大きくなります。

開発期間の短縮

試作・試験のサイクルを減らすことで、開発期間を短縮できます。開発期間が短くなれば、その分の人件費を削減できるだけでなく、製品を早く市場に投入できるという競争優位性にもつながります。また、開発リソースを他のプロジェクトに振り向けることも可能になります。

設計品質の向上による後工程コストの低減

CAEを活用することで、設計段階でより多くの設計案を検討し、比較評価できます。これにより、性能と製造性のバランスが取れた設計を選択でき、量産段階での不具合発生リスクを低減できます。量産開始後に品質問題が発生すると、リコールや市場対応に莫大なコストがかかるため、設計品質の向上は大きなコスト削減効果をもたらします。

効果を最大化するポイント

CAEを導入するだけでは、十分なコスト削減効果を得られない場合があります。効果を最大化するためには、運用面での工夫が重要です。

上流工程での活用を徹底する

CAEのコスト削減効果は、開発の上流工程で活用するほど大きくなります。構想設計や基本設計の段階でCAEを活用し、早期に問題を発見・解決することが重要です。詳細設計が固まってからCAEを実施しても、設計変更の自由度が限られるため、効果が限定的になります。設計者自身がCAEを使える環境を整えることで、より早い段階での活用が可能になります。

解析の目的を明確にする

何を評価したいのか、どの程度の精度が必要なのかを明確にしてからCAEを実施することが重要です。目的が曖昧なまま解析を行うと、必要以上に詳細なモデルを作成したり、過剰な計算精度を追求したりして、解析工数が増大します。目的に応じた適切な精度設定を行うことで、効率的にCAEを活用できます。

解析プロセスを標準化する

同じような製品や評価項目に対しては、解析手順やモデリング方法を標準化しておくことが効果的です。標準化により、解析のたびにゼロから手順を考える必要がなくなり、工数を削減できます。また、担当者による結果のばらつきを抑え、解析品質の安定化にもつながります。テンプレートやマクロを活用した自動化も、効率向上に有効です。

計算時間の短縮に取り組む

CAEの計算時間が長いと、検討できる設計案の数が制限され、効果が限定されます。メッシュの最適化やソルバー設定の見直し、計算機リソースの増強などにより計算時間を短縮できれば、より多くの設計案を評価でき、設計品質の向上につながります。近年では、AIを活用した高速予測技術も登場しており、従来のシミュレーションと比較して大幅な時間短縮が可能になっています。

投資対効果の考え方

CAE導入には、ソフトウェアライセンス費用、計算機環境の整備費用、教育訓練費用などの初期投資が必要です。コスト削減効果を正しく評価するためには、これらの投資と得られる効果を比較する視点が重要です。

削減できるコストの見積もり

まず、現状の開発プロセスにおける試作回数や試験回数、手戻りの発生頻度を把握します。そのうえで、CAE活用によってどの程度削減できるかを見積もります。試作1回あたりのコスト、試験1回あたりのコスト、手戻り1件あたりの影響コストなどを算出し、削減可能な件数を掛け合わせることで、年間の削減効果を概算できます。

導入・運用コストの把握

CAEの導入・運用には様々なコストがかかります。ソフトウェアのライセンス費用は、買い切り型と年間サブスクリプション型があります。また、高性能な計算機が必要な場合は、そのハードウェア費用も考慮が必要です。近年はクラウド環境でCAEを利用できるサービスも増えており、初期投資を抑えて導入できる選択肢も広がっています。さらに、担当者の教育や技術習得にかかる時間・費用も考慮します。

定量化しにくい効果も考慮する

CAEの効果には、数値化しにくいものもあります。設計根拠の明確化により技術の蓄積・継承が進むこと、設計者の技術力が向上すること、市場投入の早期化による競争優位性など、間接的な効果も重要です。これらを含めて総合的に投資判断を行うことが望ましいでしょう。