CADデータ交換

CADデータ交換は、異なるコンピュータ支援設計（CAD）オーサリングシステム間、またはCADと他の下流CAxシステム間の変換に使用される図面データ交換方法です。^[1]^：157

多くの企業は異なるCADシステムを使用し、サプライヤー、顧客、下請け業者とCADデータファイル形式を交換しています。^[2]このような形式は多くの場合独自のものです。^[1]^{: 157}データの転送は、たとえば、ある組織がCADモデルを開発している間に、別の組織が同じモデルの分析作業を実行し、同時に第3の組織が製品の製造を担当するために必要です。^[3]

1980年代以降、さまざまなCAD技術が登場しました。これらは、アプリケーションの目的、ユーザーインターフェイス、パフォーマンスレベル、データ構造、データファイル形式が異なります。^[4]相互運用性のためには、データ交換プロセスの正確さの要件が最も重要であり、堅牢な交換メカニズムが必要です。^[3]

交換プロセスは主にCADデータの幾何学的情報を対象としますが、メタデータ、^[1]^：153知識、製造情報、許容差、アセンブリ構造などの他の側面も対象とすることができます。

CADデータ交換には、直接モデル変換、中立ファイル交換、サードパーティのトランスレータの3つのオプションがあります。^[5]

CADデータの内容

当初は製品の幾何学的情報（ワイヤーフレーム、サーフェス、ソリッド、図面）を対象としていましたが、現在ではCADファイルから取得できる情報は他にもあります。 ^[3]

メタデータ– 非グラフィック属性、例: ^[1]^{: 164}
- 部品番号または詳細番号
- 絵の作者
- リビジョンレベル、コンピュータまたはネットワークストレージ上のファイルパス
- システム、リリース情報など
設計意図データ – 例: 履歴ツリー、数式、ルール、ガイドライン
アプリケーションデータ – 例:数値制御ツールパス、幾何寸法と公差( GD&T )、プロセス計画、アセンブリ構造

交換プロセスの対象となる製品情報の種類は、製品のライフサイクルを通じて変化する可能性があります。設計プロセスの初期段階では、データ交換の幾何学的側面と設計意図の側面に重点が置かれますが、製品およびプロセス開発の後の段階では、メタデータとアプリケーションデータがより重要になります。^[3]

データ交換オプション

異なるCADシステム間でデータを交換する方法は、ハードコピーまたは画像（例：TIFF、GIF、JPEG、BMP、PCX、画像トレース経由）、CADに依存しない形式、または独自のファイル形式間でのサードパーティのCADファイルトランスレータの少なくとも3つがあります。^[5]^[1]^：158すべてに長所と短所があり、エラーが発生しやすい場合があります。

直接モデル変換

ダイレクトデータトランスレータは、製品データベースに保存されているデータを、通常は 1 つのステップで、ある CAD システム形式から別の形式に直接変換する直接的なソリューションを提供します。ダイレクトデータトランスレータには通常、ニュートラルデータベースが存在します。ニュートラルデータベースの構造は汎用的で、モデリングデータタイプの最低限必要な定義によって制御され、ベンダー形式に依存しない必要があります。^[3]SolidWorks、PTC Creo、Siemens NX、CATIAなどの主要な CAD システムでは、 [ファイルを開く]および[名前を付けて保存]オプションを使用するだけで、他の CAD 形式を直接読み書きできます。^[5]このオプションは、ほとんどの CAD 形式が独自のものであるため、ダイレクトトランスレータは通常、一方向で部分的に機能し、標準化されていないという制限があります。^[6]

中立的なファイル交換

ニュートラルファイル交換では、中間ニュートラルフォーマットを使用してCADシステム間でデータを変換します。この方法は、元のCADシステムに組み込まれたプリプロセッサから始まり、元のCADフォーマットからニュートラルファイルを生成します。ターゲットCADシステムはニュートラルファイルを後処理し、ターゲットのネイティブフォーマットに変換します。^{[7]一部のニュートラルフォーマットは}IGESやSTEPなどの標準化団体によって定義されていますが、他のニュートラルフォーマットは独自のものですが、広く使用されており、準業界標準と見なされています。^[5]

ニュートラルフォーマット

DXF (図面交換フォーマット): 1982 年にオートデスクがAutoCADと他の CAD システム間のデータ相互運用ソリューションとして開発しました。DXF は主に 2D ベースで、その形式は AutoCAD 図面ファイルに含まれるすべての情報のタグ付きデータ表現です。つまり、ファイル内の各データ要素の前には、後続のデータ要素の種類を示すグループコードと呼ばれる整数が付きます。ほとんどの商用アプリケーションソフトウェア開発者が、AutoCAD データの相互運用性形式としてオートデスクのネイティブDWG をサポートすることを選択したため、DXF の有用性は低下しました。^[3]
VDA-FS (自動車産業のVerband – Flächenschnittstelle): 1982年にドイツ自動車工業会が自由曲面の相互運用方法として作成した。^[8]この形式は、自由曲面と曲面データのみを関連コメントとともに通信できる点で他の形式と異なり、他の幾何学的または非幾何学的エンティティはサポートしていない。そのため、パラメトリック多項式による表現に限定されているが、これは自由曲面CADシステムのほとんどをカバーしている。ベジェ、Bスプライン、クーンテンソル積のタイプの曲面と対応する曲線が含まれる。^[2] VDA-FS仕様は、ドイツ工業規格DIN 66301で公開されている。^[9]
PDES (製品データ交換仕様): 1988年にマクドネル・エアクラフト社が米国空軍の依頼で行った製品定義データ・インターフェース（PDDI）研究に基づいて誕生しました。PDESは、部品または部品のアセンブリを完全に定義するために必要な形状、トポロジ、許容差、関係、属性、機能など、製品の想定されるライフサイクル全体にわたってすべてのアプリケーションに対して製品を完全に定義するように設計されました。PDESは、組織および技術データが追加されたIGESの拡張版と見なすことができます。実際、後のPDESにはIGESが含まれていました。IGES組織の指導の下、国際標準化機構（ISO ）と緊密に協力してPDESが開発されたことで、 STEPが誕生しました。^[3]
STEP ( ISO 10303 –製品モデルデータの交換のための標準): ISO 10303 規格の作業は 1984 年に開始され、1994 年に最初に公開されました。その目的は、PLMシステム間での製品データ交換を標準化することでした。これは、さまざまな製品タイプと多くのライフサイクルフェーズをカバーする非常に包括的な仕様セットです。STEP は、EXPRESS スキーマとも呼ばれる中立的な ISO 10303-11 形式を使用します。EXPRESS は、データタイプだけでなく、それらに適用される関係とルールも定義します。^[5] STEP は、データ交換、データ共有、およびデータアーカイブをサポートします。データ交換の場合、STEP は、一対のアプリケーション間で転送される製品データの一時的な形式を定義します。STEP は、複数のアプリケーションによる、場合によっては同時の、同じ製品データの単一のコピーへのアクセスと操作を提供することで、データ共有をサポートします。STEP は、アーカイブ製品データ自体の開発をサポートするためにも使用できます。^{[3] STEP は、}パーツと呼ばれる数百のドキュメントで構成されています。毎年、新しいパーツが追加されるか、古いパーツの新しいリビジョンがリリースされます。これにより、STEP は ISO 内で最大の規格となっています。 200シリーズの部品STEPはアプリケーションプロトコル（AP）^[5]と呼ばれ、特定の部品はCADシステムに直接関連しています。

- 203 (機械部品およびアセンブリの構成制御された 3D 設計) – 主に 3D 設計と製品構造に使用されます。AP214 のサブセットですが、最も広く使用されています。
- 210 (電子アセンブリ、相互接続、パッケージ設計) –プリント回路基板用の CAD システム。
- 212（電気設計と設置） – 電気設備とケーブルハーネス用のCADシステム。
- 214 (自動車の機械設計プロセスのコアデータ) – STEP が交換用のテキストファイルでどのように表現されるか。
- 238 (コンピュータ数値制御装置用STEP-NCアプリケーション解釈モデル) – CAD、CAM、およびCNC加工プロセス情報。
- 242 (管理されたモデルベースの 3D エンジニアリング) – 2 つの主要な STEP アプリケーションプロトコルである AP 203 と AP 214 を統合したものです。

パラソリッドXT: Parasolidジオメトリモデリングカーネルの一部で、もともとShape Dataによって開発され、現在はSiemens Digital Industries Softwareが所有しています。^[10] Parasolidは、ワイヤーフレーム、サーフェス、ソリッド、セルラー、および一般的な非多様体モデルを表すことができます。送信ファイルには、モデルの形状を定義する位相情報とジオメトリ情報が格納されます。これらのファイルは公開された形式であるため、アプリケーションは必ずしもParasolidカーネルを使用しなくてもParasolidモデルにアクセスできます。^[11] Parasolidは、他のモデラー形式のデータを受け入れることができます。独自のトレラントモデリング機能により、精度の低いデータにも対応し、補正することができます。^[12]

IGES (初期グラフィックス交換仕様): 時代遅れのフォーマットは1979年後半に始まり、CAD技術が業界で大規模に導入される前の1980年にアメリカ規格協会（ANSI）によって最初に公開されました。^[13]このファイルフォーマットは、製品定義をエンティティのファイルと見なし、各エンティティはアプリケーションに依存しないフォーマットで表現されます。^{[3] 1994年に}STEP（ISO 10303）が最初にリリースされた後、IGESのさらなる開発への関心は低下し、バージョン5.3（1996）が最後に公開された標準となりました。^[5]

サードパーティの翻訳者

あるCADシステムから読み取り、別のCADシステム形式で情報を書き込むことができるCADデータ変換ソフトウェアを専門とする企業が数社あります。主要なCADファイル形式を直接読み書きするための低レベルソフトウェアツールキットを提供する企業は少数です。ほとんどのCAD開発者は、これらのツールキットのライセンスを取得し、自社製品にインポートおよびエクスポート機能を追加しています。また、スタンドアロンのエンドユーザー翻訳および検証アプリケーションを構築するための基盤として低レベル変換ツールキットを使用する企業も相当数あります。^[14] これらのシステムには独自の中間形式があり、その一部では翻訳中にデータを確認できるようになります。これらのトランスレータにはスタンドアロンで動作するものもありますが、データの読み取り/書き込みにこれらのシステムのコード( API )を使用するため、翻訳マシンにCADパッケージの1つまたは両方がインストールされている必要があるものもあります。一部の企業は、これらの低レベルツールキットを使用して、他のCADアプリケーション用のインポートまたはエクスポートプラグインも作成しています。

開発者向けソフトウェアツールキットのリスト

Datakit CrossCad/Ware: CAD 形式を読み書きするための SDK。

スタンドアロンのエンドユーザー翻訳アプリケーションのリスト

Datakit CrossManager: マルチフォーマット CAD トランスレータ。
PolyTrans|CAD: マルチフォーマットの CAD トランスレータ。
Transmagic: マルチフォーマット CAD トランスレータ。

CADアプリケーション用プラグインのリスト

Datakit CrossCad/Plg: Rhino、SOLIDWORKS などのインポートおよびエクスポートプラグイン...
PolyTrans|CAD: 3ds Max、Maya、CADMATIC、Visual Components 用のインポート/エクスポートプラグイン。
パワートランスレータ: 3dsMax 用のインポートプラグイン。

データ交換品質

データ品質は、内在的および外在的に対処できます。内在的問題は、変換プロセスが始まる前の CAD モデルの構造に関連する問題であり、外在的問題は、変換中に発生する問題に関連しています。STEP の開発は、外在的問題を解決する最適なソリューションであり、現在の機能を拡張して、2D パラメトリックセクション、3D パラメトリックアセンブリ、および履歴ベースのモデリングをサポートします。製品データ品質は、内在的なデータ交換の問題を回避し、設計チェーンにおける下流アプリケーションの統合を簡素化するための重要な問題です。

各CADシステムには、数学的にも構造的にもジオメトリを記述する独自の方法があるため、あるCADデータ形式から別のCADデータ形式にデータを変換する際には、常に何らかの情報が失われます。 1つの例は、異なるジオメトリモデリングカーネルを使用するCADシステム間で変換が行われる場合で、この場合は変換の不一致によりデータに異常が生じる可能性があります。^[3]中間ファイル形式も記述できる内容が限られており、送信側システムと受信側システムの両方で異なる解釈をする可能性があります。したがって、システム間でデータを転送する際には、何を変換する必要があるかを識別することが重要です。下流プロセスで3Dモデルのみが必要な場合は、モデルの説明のみを転送する必要があります。ただし、詳細レベルがあります。たとえば、データはワイヤーフレーム、サーフェス、またはソリッドのどれか。トポロジ（BREP）情報が必要か。面とエッジの識別は後続の変更時に保持する必要があるか。フィーチャ情報と履歴はシステム間で保持する必要があるか。PMI注釈を転送する必要があるか。製品モデルでは、アセンブリ構造の保持が必要になる場合があります。^[5]図面を翻訳する必要がある場合、ワイヤーフレームの形状は通常は問題になりませんが、テキスト、寸法、その他の注釈、特にフォントと形式が問題になることがあります。どのようなデータを翻訳する場合でも、ファイル内に保存されている属性（グラフィカルオブジェクトの色やレイヤーなど）とメタデータを保持する必要があります。

CAD システム間でデータを変換する場合、いくつかの変換方法は他の方法よりも成功しています。ネイティブ形式では 3D ソリッドの簡単な変換が可能ですが、それでも注意すべき落とし穴がいくつかあります。2 つの CAD システムがある時点で 1 種類のジオメトリに対して異なる表現を使用する場合、変換の種類に関係なく、表現を変換するか、破棄する必要があります。最新のニュートラル形式は、この問題を解決するように設計されています。IGES などの古いニュートラル形式では、パーツの元の色が失われたり、ボディの位置が正しくなかったりするなど、変換の問題が発生することがあります^[ 15]。これは、検証プロパティを組み込んだ STEP AP242 などの最新の標準では当てはまりません。検証プロパティは、モデルの主要な特性 (ソリッドの重心、表面のウェット領域、PMI 特性、または形状上のチェックポイント) であり、送信システムによって保存され、受信システムによってチェックされます。これにより、インポートされたデータの品質を制御できます。 STEP を使用した交換の品質は非常に重要であるため、さまざまな CAD システムと PLM システム間の交換をチェックするために、独立した団体 (AFNeT、PDES、inc.、ProSTEP iViP) によって定期的なベンチマークが実行されています。

一部のCADシステムには、2つのモデルの形状を比較する機能があります。^[16]^[17]そのため、ユーザーは、あるCADから別のCADに変換する前と後のモデルを比較して、変換の品質を評価し、見つかった欠陥を修正することができます。しかし、多くの場合、このような機能では、2つのモデルのテッセレーションしか比較できません。異なるCADシステムでは形状データの表現が大きく異なるため、2つの3Dモデルの位相要素を比較し、それらの関連性を復元して変更された面のグループを表示することは、非常に難しいアルゴリズムの問題ですが、時には可能です。たとえば、C3Dカーネルに基づくコンポーネントLEDASジオメトリ比較をCADシステム（Autodesk Inventorなど、^[18] ）に統合して、3Dモデルを比較し、それらのすべての違いを正確に特定することができます。^[19]

MultiCAD デジタルモックアップ

CAD データ交換テクノロジを推進してきた 2 つの CAD/CAM/CAE PLM トレンド。1 つは、今日の拡張されたマルチ CAD エンタープライズ全体での密接な連携の必要性です。もう 1 つは、実際の物理製品の製造前に、大規模なアセンブリの視覚化、コンテキストでの設計、シミュレーション、および分析を可能にするために、デジタルモックアップへの依存度が高まっていることです。データ交換テクノロジの継続的な進歩により、これらのニーズが大幅に満たされるようになりました。

大規模ではないにしても中規模のアセンブリを視覚化する機能は、これらの CAD 変換形式の初期の成功の 1 つでした。ハードウェアの改善と軽量形式の開発により、より大規模なアセンブリがサポートされるようになりました。

現在の進歩により、「アクティブモックアップ」が可能になりました。このテクノロジにより、動的クリアランス解析やモーションエンベロープの自動生成などのシミュレーションを考慮した設計が可能になります。アクティブモックアップを使用すると、マルチ CAD アセンブリ内から直接コンポーネントを編集できます。複数の詳細レベル表示により、巨大なアセンブリでもインタラクティブなパフォーマンスがサポートされます。^{[引用が必要]}

CAD から CAM へのデータ交換

NC プログラミングでは通常、CAD システムから受け取ったジオメトリが、ワイヤフレーム、サーフェス、ソリッド、または複合形式であるかどうかに関係なく、ジオメトリ作成の CAD 段階で発生した可能性のある不規則性や矛盾がないことが求められます。したがって、CAD から CAM へのデータ交換には、それらの矛盾を識別して修復するためのツールが含まれている必要があります。これらのツールは通常、各 CAM ソリューションセットのデータ交換ソフトウェアに含まれています。

真の PLM 環境では、CAD から CAM へのデータ交換は、形状の転送以上のものを提供する必要があります。製品製造情報は、製造で使用するために設計者が生成したものでも、設計で使用するために製造組織が生成したものでも、データ交換システムの一部である必要があります。STEP -NC は、 GD&Tおよびその他の PMI を CAD および CAM を介して CNC に渡すように設計されています。

参照

CAD、CAM、CAE ファイルビューアの比較

参考文献

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