機械の研究 2026年5月1日発売 第78巻 第5号

説明

新連載
CAEを活用した生産技術分野の最適設計

機械工学に限らず、土木工学・建築工学、航空宇宙工学、材料工学、電気工学、化学工学など、幅広い工学分野において CAE（Computer Aided Engineering）の活用は進んでおり、企業の研究開発ではフロントローディングを効率的に実施するための 1 つのツールとなっている。CAE を活用して工学設計を進める利点としては大きく、

1. 開発初期段階において、仮想環境下でさまざまな検討ができるため、課題点の早期発見に役立つ。
2. 事前検討が可能なため、後工程の手戻りや修正作業を大幅に抑えることができ、開発期間の短縮が期待できる。
3. 結果的に、開発全体のコスト削減が期待できる。

などが挙げられる。細かなことをいえば、実際の人工物（部品や製品）を対象とした実験では正確に把握・評価が困難であろう物理量を定量的に評価でき、同時に可視化もできるため、設計者にとって、CAE は非常に強力かつ便利なツールになっている。また、一定の訓練を積めば、工学になじみがない人にとっても比較的容易に使うことができるようにもなってきている。

さて、ものづくりの基盤である生産技術分野に目を向けると、CAE の活用は積極的に進んでいると思われる。一方で、現象把握や実物・実験結果との合わせこみに留まり、「何をどうしたいか」 という設計の視点で CAE を活用しているかというと、疑問が残るのも事実である。上述したように、CAE ではさまざまな物理用を定量的に評価できるという特徴を有しているので、より踏み込んで最適設計の考えをもって取り組むことができれば、効率的な研究開発を可能にする。すべての教育機関のカリキュラムを調べているわけではないが、機械系において 「最適化」 や 「最適設計」 といった講義科目は多くないと思われる。そのため、研究開発に携わる企業の技術者にとっては、自分の業務や講習会、セミナーなどを通じて、最適化や最適設計を学ぶことが多いと思われる。独学で最適設計を学ぶことは大変であるし、日々の業務をこなしながら最適設計を学ぶことはさらに大変である。

本稿では、最適設計の初学者やこれから取り組んでみようと考えている機械系の技術者を対象に、最適設計の考え方や基礎的な事柄について、わかりやすく説明する。

金沢大学 設計製造技術研究所 教授
北山哲士