オートデスクのロバート・ヤンシー氏：積層造形、生成設計、インダストリー4.0──エキスパートの洞察

設計からワークフロー管理まで、ソフトウェアは積層造形においてますます重要な役割を果たしている。ソフトウェア分野の主要プレイヤーの一つ、オートデスクは、製造業と建設業を含む幅広い業界向けソフトウェアを開発する数十億ドル規模の企業だ。

オートデスクの製造・生産業界戦略・ビジネス開発ディレクター、ロバート・ヤンシー氏にお話を伺う機会を得た。積層造形分野で25年以上の経験を持つヤンシー氏は現在、減算・ハイブリッド技術に加え積層造形を含む、オートデスク製造ソリューションのビジネス・業界戦略を統括している。今日は、オートデスクが如何に積層造形の採用を加速させているか、なぜ生成設計が重要か、業界がラピッドプロトタイピングから量産へどう移行できるかについて議論する。

積層造形における豊富なご経験から、業界がこの数年でどう進化したとお考えですか？

画像提供：オートデスク、ロバート・ヤンシー氏（製造・生産業界戦略・ビジネス開発ディレクター）

ここ数年で起きた主なことの一つは、積層造形がプロトタイピングを超えて進めるという考えだ。医療・歯科では以前からそうだった。だが医療業界以外では、技術を見て「実際に部品を作れる、他の方法ではできない少量生産ができる」と気づき始めている。コスト低下と速度向上により、積層造形を量産に使うことがより現実的になった。もちろん、それを現実にするにはまだ多くのハードルと課題がある。だが我々は、積層造形を量産用途でどう使えるかを検討する多くの企業と関わっている。

オートデスクの製品群から、まずNetfabbについて。オートデスクNetfabbは如何に積層造形の活用を前進させているか？

画像提供：オートデスク2019年リリースNetfabbの主要アップデート「Lattice Commander」で複雑な格子構造生成が可能に

Netfabbはプリント準備ソフトウェアだ。STLファイルを扱い、サポート構造を生成できる。この技術はしばらく前からあるため、ワークフローをより効率化することに注力している。その上で、Netfabbには独自のメリットをもたらす追加機能がある。例えば高度なツールパス技術があり、これを使う企業はプロセスでかなりの速度向上を見ている。金属積層造形向けには、粉末床溶融技術をシミュレートする機能もある。これにより、残留応力、歪み、リコーターブレード干渉などを、実際のビルドにコミットする前にバーチャルで検出できる。最近ではこの技術をハイブリッドワークフローに適用している。典型的にはワイヤーアークプロセス等で金属を堆積させ、その後の仕上げ加工のための機械加工能力を開発し、指向性エネルギー堆積プロセス中のシミュレーションも行う。

ハイブリッド製造は現在どれくらい普及しているか？

ハイブリッド製造はまだ比較的新しいが、市場の関心は高い。現在、ハイブリッド製造を完全に活用している顧客はほんの一握りだ。しかし展示会では、石油・ガス業界や、粉末床溶融技術では対応できない大型部品向けのハイブリッドマシンベンダーが増えているのが見える。

生成設計はオートデスク戦略の明確な柱だ。Fusion 360は如何にオートデスクの生成設計ビジョンを実現しているか？

画像提供：オートデスク生成設計ソフトウェアのビュー

オートデスクの生成設計を他社と差別化する一点は、単一の最適化ソリューションを出すのではなく、「要件を満たす複数のソリューション」と、それらを容易にナビゲートするツールを提供することだ。個人的には業界全体が生成設計を「軽量化ツール」として位置づけすぎていると思う。AMに特に適しているのは、他の方法では効率的に製造困難な設計を生み出すからだ。だがオートデスクでは、生成設計を「エンジニアリング機能とビジネス価値の両方を探索できる設計探索技術」と捉えている。2軸・3軸加工のような一般的な製造技術でも生成設計を使えるようにし始めた。年間を通じて更なる展開がある。また「コスト、スケジュール、材料といったビジネストレードオフ」を設計プロセス中に見られるよう取り組んでいる。鋳造などをワークフローに組み込めば、エンジニアリング性能とビジネス価値のトレードオフを同時に検討可能になる。

積層造形には新しい設計アプローチが必要だとよく語られる。ご見解は？

画像提供：オートデスクFusion 360ジョイント

はい、それは間違いなく大きなギャップだ。最近MIT主催のコンソーシアムに参加し、一日中「積層造形向け設計」が議論された。多くの顧客から「ワークフローが極めて分断されている」と聞く。CADツールで設計し、STLファイルに変換し、Netfabbのようなビルドプロセッサーにインポートし、マシンに送り、マシンがデータを収集する。データのサイロがうまく繋がっていない。Fusion 360のビジョンと意図は、コンセプトからプリントまで、全てのデータを適切なコンテキストとフォーマットで、関係者に適切な形で提示できる「単一環境」を作ることだ。積層造形ワークフローには複数の人が関わり、それぞれ異なるデータとフォーマットを必要とする。Fusion 360のビジョンは、データを中心に据え、エンドツーエンドのワークフローを実現することだ。ワークフロー管理ソフトウェアなど、積層造形エコシステム内の他技術プロバイダーとも連携し、ユーザーが便利かつ効率的に仕事を完結できるよう取り組んでいる。

パートナーシップと協業について。オートデスクはHPやGEアディティブなどと発表している。オートデスクのパートナーシップアプローチと、業界全体での協業の役割をどう見るか？

積層造形空間はまだ比較的小さな業界だ。成長するには、空間内の他技術プロバイダーと協業しなければならないと認識されている。それが顧客の要望だ。分断されたワークフローと、オペレーション内でサイロ化したデータを統合できないことに、顧客は疲弊している。

GEアディティブとHPとは過去18ヶ月対話を重ねた。彼らも「分断されたワークフローが、マシンと材料の更なる販売を阻害している」と同様の見解を持っていた。彼らと協業し、彼らのマシン向けにより一貫したワークフローを確立したいと考えた。業界最大手の二社なので、この問題解決の良いパートナーだと判断した。だが我々の意図は、あらゆるマシンベンダーがFusion 360と外部技術ベンダーでワークフローを作れるプラットフォームを提供することだ。

他に話せるパートナーシップはあるか？

最近、TCTアジアでファーソン（Farsoon）とアルケマ（Arkema）とのパートナーシップを発表した。これは面白い。アルケマが材料サプライヤー、ファーソンがマシンベンダー、我々がソフトウェアサプライヤーだ。材料、マシン、設計のいずれかだけでなく、プロセス、材料、設計の「全て三つ」が連携して初めて、積層造形を使う人々にとって最良の成果が生まれる。

以前、ラピッドプロトタイピングから量産へのシフトについて触れられた。これを確実にするための鍵となる要因は？

それは業界依存だ。医療・航空宇宙のような厳格に規制された業界では、常に「部品をどう認証するか」が問題になる。設計、材料、プロセスを認証しなければならない事実は、他の製造技術とそれほど変わらない。だが積層造形ではプロセスが異なり、材料も異なるため、そのプロセスを経て認証を取得しなければならない。これが量産入りのために必要なことの一つだ。

また、技術全般への慣れ不足もある。企業はAMの機会を見るが、技術への十分な専門知識がなく、どう速やかに量産へ移行するか分からない。比較的速く動く企業もあれば、まだ入り口に立っている企業もある。我々が見るのは、多くの顧客が単に「一般的なトレーニング」を求めてくることだ。AMの機会と障壁がどこにあるか理解したい、プロセスと必要な材料を理解したい、それら全てが設計にどうフィードするかを知り、量産への技術活用を探索し始めたい。コストも依然として多くのケースで障壁だ。技術の使い方・設計の仕方、ビジネスケースの作り方への知識不足と合わさり、依然としてかなりの制限要因があると言える。

このトレーニング需要は、オートデスクユニバーシティ（ユーザーカンファレンス）の内容に影響したか？

画像提供：オートデスクユニバーシティ2018

オートデスクユニバーシティは数年間続けてきたユーザーカンファレンスで、実質的にユーザー主導だ。顧客が多くのクラスを教え、コンテンツを提供する。全体アジェンダにどのセッションを含めるかのプロセスがある。そしてはい、オートデスクユニバーシティでの積層造形への関心は高まっている。追跡すれば、積層造形のクラスとコンテンツが増えているのがわかる。コンサルタントや大学とも連携を模索している。最近MIT（パートナーシップを結んでいる）に行ったが、彼らは現役プロフェッショナル向け（大学生ではない）の教育カリキュラムを開発していた。今年コースを開始し、素晴らしい反響を得ている。彼らと協力し、そのようなトレーニングコンテンツを提供し、オートデスク技術でトレーニングコンテンツ開発を支援する。トレーニングの多くは外部プロバイダーに任せ、我々は顧客と受講者にとって最高のソフトウェア体験開発に注力する。

AMのビジネスケース作りの課題について：技術に新しい企業が採用戦略を立てるには？ 考慮すべき要因は？

私の見立てでは、多くの企業がAMに関わり始めると、従来プロセスで設計された部品を作り始める。プリントできて手元に3Dプリント部品があるのは素晴らしい。だがビジネスケースを探す段階で崩れる。鋳造や機械加工向けに設計された部品なら、往々にしてそれら技術の方が依然コスト効率が良い、特に中〜大量生産では。教育の一環としてビジネスケースと整合させる必要があるのは「どうすれば部品・コンポーネント・システムに価値を提供でき、積層造形がその追加価値を提供する唯一の手段になるか」だ。有名なケーススタディを見よ。GEのLEAP燃料ノズル、HPとペンブラのケーススタディなど。それらは「最初から積層造形向けに設計された部品」だ。そこには実際の性能価値がある。

つまり「真っ白な紙で部品を設計する」ことだ。当然、技術をよく理解していなければできないし、ソフトウェアツールがそれを支えなければならない。それが我々の注力領域の大部分だ。

特定業界やアプリケーションで、AMの主要な機会を見ていますか？

もちろん、医療と航空宇宙が現在の二大市場だ。だがオートデスクのコアマーケットである設計・製造を見ると、主要機会は「産業機械」──中小規模の機械工場と製造施設だ。我々にとって興味深いのは、実はこの業界からかなりの関心が寄せられていることだ。航空宇宙や医療より、これらの業界では部品に高いレートを請求できることを意識している。消費者製品向け3Dプリントも注目を集めつつある。ハイブリッドワークフローでは、「工具（ツーリング）への積層造形活用」が大きい。治具・固定具は長く技術で活用されてきたが、工具インサートへの限定的な応用もあった。だが「積層造形で試作と工具をより速く作り、より多くのイテレーションを回せる」というアイデアへの関心がかなり高まっている。最終的に従来切削工具に移行するかもしれないが、プロセスを通じて積層造形が提供できる価値は大きい。数百〜数千個しか不要な用途では、積層造形ツーリングがよりコスト効率の良い納入手段になる。

建設業界への積層造形は？ 採用が遅い業界だが、大きな潜在力があるように見える。

建設業界での積層造形応用は、オートデスクのレーダーに確実にあり、注視している分野だ。建設は我々が対応する主要マーケットの一つなので、非常に良い位置にいる。

ロボットがコンクリートをプリントする動画は皆見たと思うが、それ以上に、新しい建物設計向けのカスタマイズノード作成などへ広がる。建設業界は製造業から「より効率的な建設プロセスの作り方」と「製造業が使ってきた技術へのアクセス」を学ぼうとしている。現在の採用率はまだ非常に初期段階だ。だが業界の関心はかなり高く、建設向け3Dプリント技術を持つ企業も出てきている。我々が「インダストリアル・コンストラクション（工業化建設）」と呼ぶ領域だ。建設を製造工場のようにし、その効率を得ようとするものだ。製造業で積層造形をツールボックスの一つと見るように、建設業界でも積層造形はツールボックスの一つの技術になるだろう。

広い製造エコシステムにおけるAMの役割について：伝統的製造手法への補完ツールと見るか？

積層造形は伝統的製造を置き換えることはない。だが採用が進むにつれ、役割を持つ。特定用途では伝統的製造を置き換える可能性もある。我々は積層造形を、ユーザーが設計から製造、そして市場へ、最もコスト効率良く最高品質の製品を届けるために今利用可能な「また一つの製造技術」と見ている。

インダストリー4.0はよく耳にする用語だ。オートデスクのインダストリー4.0ビジョンは？

インダストリー4.0、デジタルツイン……これらの言葉はよく聞く。面白いことに、一部の顧客から「インダストリー4.0は単なるハイプで、自分たちには当てはまらない」というフィードバックをもらう。一方で、AI、機械学習、データ分析を全体ワークフローで活用し、良い価値を得ている顧客もいる。

我々の見立てでは、インダストリー4.0のビジョンを実現するための重要な第一歩は、「設計と製造ワークフローをより良く繋ぐこと」だ。それがまさにFusion 360の約束だ。Fusion内で機械加工部品への素晴らしいワークフローが設計されている。今年、積層造形向けのそのワークフローが現れ始める。明らかに品質管理・検査、サプライチェーン・ロジスティクスなど下流プロセスへの接続もある。だが設計と製造のデータが繋がらなければ、インダストリー4.0のビジョンは決して実現しない。だからこそ今、そこへ注力している：設計から製造へのワークフローを繋ぐこと。

積層造形ワークフローの生産側を実際に管理する際、現在このプロセスにギャップがあると言えるか？ データを通じてどう接続されるか、詳しく説明してほしい。

これは製造業全体で見られる主要なギャップだ。データポイントとして、我々の機械加工技術で射出成形金型を作る顧客が多い。射出成形シミュレーションもやっている。だから射出成形市場とは非常によく繋がっている。機械加工顧客をサーベイし、「顧客から受け取る設計のうち、何%が即座に工具切削可能な状態か？」と聞くと、回答は常に同じだ。「そんなことは一度もない」と。

これを「設計者が自身の製造プロセスの全複雑性に精通しておらず、製造プロセスへの十分な洞察なしに『設計』している」と特徴づける。設計完了後、製造オペレーションへ「投げ渡す」。次のステップは「ダンスが始まる」──設計と製造の行き来、設計要件を満たし、要求される時間・スケジュールで製造可能なものにするためのバックアンドフォースだ。我々が目指すのはこのギャップを埋めることだ。設計者に、自身の設計決定が製造オペレーションに与える影響への洞察をより多く提供したい。逆方向も必要だ。製造エンジニアが製造オペレーションで時間・コスト削減の機会を見つけ、設計変更が必要なら、その変更が部品のエンジニアリング要件を違反しないか、設計者側へ可視性を持って確認できる必要がある。製品開発プロセス沿いの現場プロフェッショナルが、必要なデータを必要なコンテキストで得て、より良い意思決定ができるよう、このギャップを埋め、洞察を提供し続ける。

積層造形の中で注目しているトレンドはあるか？

速い業界だ。常に新しい企業と技術が現れる。特に興味を持って見ているトレンドは「強化プラスチック」だ。複合材技術が入り込んできている。複数の企業が複合材向けの興味深いプロセスを開発しており、より剛性が高く、よりテーラードで、他では製造不能な部品を実現している。ハイブリッド技術も面白い新興トレンドだ。溶接のような伝統的プロセスを、高価値コンポーネントをより低コストで、より高い設計自由度で実現できる形で適用できる利点がある。コスト低下と速度向上がこれらプロセスで継続すると思う。千個の部品で製品を市場投入できるなら、量産用途で積層造形を検討する動機になる。

裏返せば、業界がこのプロセスを加速するために必要な三つのこととは？

第一は教育。第二は認証プロセス。航空宇宙・医療のように特定の認証プロセスを持つ業界が、積層造形でこれをどう行うかまだ苦心している。第三は「積層造形向け設計能力」だ。さらに複雑なのは、業界ごとに設計要件が異なること。それをどう一般クラスで教えるか？ ツールのシステム的制約もある。CADツールとプリント準備ツールのハンドオフを見ると、CADツールはSTLファイルを出力するだけで、それで作業する。修正が必要ならCADツールに戻り、STLを再出力し、修正作業する。これは効率的ではない。逆に、CAD環境内で変更し、プリントプロセスや使用材料への影響を即座に見られるなら、遥かに多くのイテレーションが回せ、効率的なプロセスになる。これは生成設計で目指していることの一部でもある。生成設計は、解きたいエンジニアリング・ビジネス問題、全変数を定義し、ツールが数百の実行可能な設計オプションを生成する。それらを素早くソートし、より詳細な分析に値するものを特定できる。

最後に、オートデスクにとって2019年はどうなるか？

Fusion 360に積層造形ワークフローが現れ始める。確立済みのパートナーシップを継続し、それらマシンの顧客向けにシームレスで効率的なワークフローを作る。複合材やハイブリッド製造など新技術の動向も追い続け、ユースケースと応用、顧客基盤との収束点を理解する。究極的に、積層造形を大衆へ届ける努力を倍増させる。オートデスクソリューション詳細： https://www.autodesk.com

ロバート・ヤンシー博士について

オートデスクにて、ヤンシー博士は減算加工、積層プリント/製造、ハイブリッド、複合材技術を含む製造生産ソリューションのビジネス・業界戦略を定義する。生成設計と製造、高度シミュレーション、航空宇宙構造設計、先進複合材の認知されたリーダー。MIT、バージニア工科大学、デイトン大学で航空宇宙・材料工学の学位を取得。