CAE解析とは?エンジニアを目指す人が知っておきたい基礎知識

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CAEは機械設計のプロセス効率化やコスト削減において不可欠な技術で、あらゆる現場で求められます。

CAE解析エンジニアは工学の知識はもとより、有限要素法や材料力学などの知識が必要な業務です。また旺盛な工学的探究心と、結果を正しく評価してわかりやすく伝えるスキルが求められます。

今回はCAE解析エンジニアを目指す方のために、CAEの基礎知識やCAE解析エンジニアに転職するためのポイントなどを解説します。

CAE解析の基礎知識

CAEとは何か、そしてCAEエンジニアを利用するシチュエーションなど、CAE解析の基礎知識をお伝えします。

CAEとは?

CAE解析とは「Computer Aided Engineering」の略で、機械設計のプロセスにおける、コンピューターを利用したシミュレーションや解析のことを指します。

機械設計では、設計コンセプトをもとにして優れた機械の設計が求められますが、従来の機械を超えたものを作るためには、振動や荷重、熱伝導などの課題を克服しなければいけません。ただ、この課題を克服するために試作機の製作や実験を何度も繰り返すことは非効率です。

そこでCAEを使って、振動や荷重による応力解析や熱伝導解析、流体解析などを行うことにより、試作機の製作や実験をせずにシミュレーションで設計上の問題点を明らかにします。

つまりCAEを用いることで、余分な試作機の製作や実験が減り、設計プロセスは効率化され、コストも大幅に削減できます。CAEは機械設計には不可欠な存在と言っても過言ではありません。

CAE解析を利用するシチュエーション

製品の動きや工学的特性を、コンピューター上でシミュレーションしたいときにCAEを使います。なおCAEで行うシミュレーションには、構造解析や応力解析、熱解析、流体解析などが挙げられます。

例えば機械を動作させたとき、機械のどの部分にどのくらいの荷重がかかっているのかを知りたければ、CAEによる応力解析が威力を発揮します。実際に試作機を製作しなくても、部品(材質)の強度が十分かどうかなどを、コンピューター上でシミュレーションできます。

また機械の振動による部品の変形度合いや、変形量を解析する振動解析もできますし、熱伝導解析によって部品や機械の温度分布や熱応力を求めることもできます。

このようにCAE解析は機械設計を効率的にするだけでなく、精度が高い機械設計にも大きく貢献します。

CAE解析を利用するメリット

CAEは機械設計にかかるコストを抑えてプロセスを効率化し、高い精度の設計検証ができるというメリットがあります。これらのメリットについて解説します。

コストを抑えやすい

試作機の製作や実験の回数を大幅に減らすことができるため、開発にかかる工数や人件費を抑えられます。

コンピューター上でシミュレーションするため、試作実験を行わずに設計の検証ができることはコスト面で大きなメリットとなります。

仮にCAEによる解析をしない、あるいは大幅に減らしてしまうと、強度不足などの問題があとから発覚してしまう可能性がでてくるでしょう。こうなると設計工程をやり直すこととなり、大幅な時間と人件費のロスが発生します。CAE解析はこのようなロスを防ぎ、プロセスの手戻りを防ぐ役目を果たします。

またCAEでは、実験を行うのが難しい超高温の炉内や無重力空間を再現することも可能です。準備だけでも数日、数カ月かかる実験を、コンピューター上でシミュレーションできるため、実験にかかるコストは大幅に引き下げられ、機械設計を大きく効率化します。

近年はCAEと融合した3D CAD(Computer Aided Design)システムも開発されているため、設計・解析・施策(改善)のプロセスを並行して行うことも可能です。機械設計における設計検証プロセスはどんどん効率化されており、設計エンジニアにとってCAEはとても重要な技術となっています。

高い精度の解析作業を行える

コンピューターのハードウェア技術と解析技術が発展していることから、従来に比べるとCAEであらゆる状況をシミュレーションできるようになりました。また解析精度も向上しており、CAEで十分に解析・シミュレーションをして、試作機で最終確認をするという流れができています。

現状、従来ではコンピューターの計算が追いつかなかった大規模で複雑なモデルも解析できるようになっており、設計と検証のサイクルはとても早く回るようになっています。よって、CAE解析エンジニアには高い技術力と知識が求められます。

CAE解析エンジニアに向いている人と転職のポイント

CAE解析エンジニアについて、エンジニアとしての適性や転職するためのポイント・アドバイスを解説します。

CAE解析エンジニアに向いている人

CAE解析エンジニアになるためには、設計や製品の目的をしっかりと理解し「どのような課題を発見、解決するために解析するのか」をしっかり把握できるスキルが必要です。そのためには、工学全般の知識と、コンピューターや数値解析などの知識が不可欠です。

実務において、CAE解析では入力ミスをゼロにすることはできません。入力ミスがあれば当然、誤った解析結果が出力されます。よって、業務では入念な入力データチェックが欠かせず、さらに解析結果をよく確認して、入力ミスを発見する観察力や粘り強さが必要です。複雑なモデルの解析では入力も複雑になるため、特に細心の注意が必要です。

つまりCAE解析で得られた結果を正しく評価するには、工学的な知識だけでは不十分です。想定しない値や結果が出てきたとき、入力ミスか、あるいは設計上の課題が見えたのかを、冷静に判断する注意力や観察力がCAE解析エンジニアには求められます。

そして解析結果に応じて、設計の改善案や別のシミュレーション解析などを提案できるスキルも必要です。

以上を踏まえると、CAE解析エンジニアには旺盛な工学的探究心とデータの観察力、そして結果をわかりやすくまとめて伝えられるスキルが求められます。

CAE解析エンジニアへの転職のポイント

CAE解析エンジニアに転職するには、業務で必要とされる知識や技術を最低限習得しておかなければいけません。

必要とされる知識には、材料力学や有限要素法の知識、CAEソフトウェアの操作技術などが挙げられます。特に有限要素法のスキルが低いと、不適切なモデルで解析をしたり、解析結果の評価を誤ったりすることがあります。

転職に際しては、スキル習得やスキルアップのために資格取得を目指すのもよいでしょう。転職の際には資格がアピールにつながることもあります。

資格の例としては、情報処理技術者試験や計算力学技術者認定試験などが挙げられます。業務経験を生かして技術士の資格を目指すこともおすすめです。

CAE解析エンジニアは機械設計に不可欠な役割

CAE解析エンジニアは、材料力学や有限要素法の知識をフル活用して、設計段階にある成果物の応力解析や熱伝導解析、流体解析など、機械設計の手助けをするエンジニアです。

正しい解析と評価のためには工学全般の知識が不可欠で、解析結果を正しく評価するスキルや、結果をわかりやすくまとめて改善案を出す、新たな解析モデルの提案をするなどのスキルも求められます。

よって工学的探究心が旺盛で、丁寧に粘り強く業務に取り組める方はCAE解析エンジニアに向いていると言えます。

CAE解析エンジニアに転職するには、材料力学や有限要素法の知識と、CAEソフトウェアを操作する技術が必要です。またスキルをアピールするために、情報処理技術者試験や計算力学技術者資格認定試験などを受験することもおすすめします。

CAE解析エンジニアが活躍できる企業は、こちらです。


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