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バーチャルプロトタイピングは、製品開発プロセスにおける手法の一つです。これは、コンピュータ支援設計（CAD）、コンピュータ自動設計（CAutoD） 、コンピュータ支援エンジニアリング（CAE）ソフトウェアを用いて、物理的なプロトタイプを作成する前に設計を検証するものです。具体的には、（通常は3Dの）コンピュータ生成による幾何学的形状（部品）を作成し、それらを組み合わせて「アセンブリ」を組み立て、様々な機械的動作、適合性、機能性をテストします。アセンブリまたは個々の部品は、デジタルツインとしてCAEソフトウェアで開き、現実世界における製品の挙動をシミュレートすることができます。
かつて、製品の設計・開発プロセスは、初期コンセプトデザインの作成において、主にエンジニアの経験と判断に依存していた。その後、物理的なプロトタイプが製作され、性能評価のためにテストが行われた。しかし、事前に性能を評価する手段がなかったため、初期プロトタイプが期待を満たす可能性は極めて低かった。エンジニアは、物理的なテストで明らかになった弱点に対処するため、初期コンセプトを何度も再設計する必要があった。
今日、メーカーは市場投入までの時間を短縮し、製品の性能と信頼性をより高いレベルに最適化するよう圧力を受けています。物理的なプロトタイプを作成する前に、エンジニアリング シミュレーション ソフトウェアを使用して性能を予測する仮想プロトタイプの形で開発される製品がはるかに多くなっています。エンジニアは、物理的なプロトタイプを作成するのに必要な時間と費用をかけずに、何千もの設計案の性能を迅速に検討できます。幅広い設計案を検討できることで、性能と設計品質が向上します。しかし、仮想プロトタイプは物理的なプロトタイプよりもはるかに速く作成できるため、製品を市場に投入するのに必要な時間は通常大幅に短縮されます。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
エンドツーエンドのプロトタイピングは、製品や部品がどのように製造され、組み立てられるかを完全に考慮し、それらのプロセスの結果をパフォーマンスに結び付けます。このような物理的にリアルな仮想プロトタイプを早期に利用できることで、設計上の決定が下された時点でテストとパフォーマンスの確認が可能になり、設計活動の加速と、物理的なプロトタイプの構築とテストでは得られない製造とパフォーマンスの関係についてのより深い洞察が得られます。物理的なプロトタイピングとテストが大幅に削減/排除され、無駄がなく堅牢な製造プロセスが選択されるため、設計と製造の両方でコストが削減されるという利点があります。[ 5 ]
調査会社アバディーン・グループの報告によると、設計プロセスの初期段階でシミュレーションを幅広く活用する一流メーカーは、製品の86%以上で収益、コスト、発売日、品質の目標を達成している。[ 6 ]最も複雑な製品を製造する一流メーカーは、他のすべてのメーカーよりも158日早く、190万ドル低いコストで市場に投入している。最もシンプルな製品を製造する一流メーカーは、21日早く、2万1000ドル低い製品開発コストで市場に投入している。[ 7 ]
Fisker Automotive は、連邦自動車安全基準(FMVSS) 301 認証で要求される後方衝突時の燃料タンクの完全性を確保するために、 Karmaプラグインハイブリッドの後部構造やその他の領域を設計する際に仮想プロトタイピングを使用しました。 [ 8 ] Agilent Technologies は、新しい高速オシロスコープの校正ヘッドの冷却システムを設計するために仮想プロトタイピングを使用しました。[ 9 ] Miele は、設計サイクルの早い段階で動作特性をシミュレートすることにより、洗浄消毒機の開発を改善するために仮想プロトタイピングを使用しました。[ 10 ]いくつかの CAE ソフトウェア ソリューション (たとえば、Working Model と SimWise) は、学生や小規模企業でも仮想プロトタイピングの利点を確認する可能性を提供しており、1996 年以降、ケース スタディのコレクションが利用可能です。[ 11 ]