Assembly Design と Digital Mockup の実務ガイド

CATIA · Assembly & DMU

概要

部品が完成したら次は組み立てである。本ページでは、Assembly Design で Product 構造と Constraint を決め BOM を管理する方法、そして DMU(Digital Mockup) で干渉・機構・組付経路を検証する手順をまとめた。

Top-down Skeleton 設計、Flexible/Rigid Sub-Assembly の選定基準、16 種類の Kinematics Joint が実際にどのような状況で使われるのかが焦点である。

1. Product Structure 基本

Product(最上位) — .CATProduct ファイル
Component — Product 内部の Instance。同一 Part を複数回使っても Instance Name は個別だが Reference は 1 つ。
Part(.CATPart) — 実ジオメトリを保持する最下層要素
Sub-Product — Product 内の Product(ネスト可能)

核となる概念はReference + Instance 構造である。例えば同一のボルトを 10 本配置すると、Part ファイル 1 個 + Instance 10 個で構成され、Part を修正すれば 10 個すべてが同時に更新される。

2. Component の挿入

Existing Component — Insert → Existing Component またはアイコン。ファイル選択
New Component — 空の Product を生成
New Part — 新規 Part を生成。Origin 整列ダイアログで「Yes」= Part Origin を Product Origin に一致、「No」= Compass 位置基準
Existing Component With Positioning — 既存ファイル挿入 + Snap ガイド
Replace Component — コンポーネント交換(改訂版更新)

注意: New Part で「Yes」を選ばないとOrigin がずれ、その後の組立がもつれやすい。経験上、組立不良事例の最も頻繁な原因のひとつである。

3. Assembly Constraint

Coincidence — 軸・面・点の一致(最頻出)
Contact — 2 面の接触(方向自動)
Offset — 距離指定
Angle — 角度指定(Parallelism, Perpendicularity を含む)
Fix — 固定
Fix Together — グループ固定
Quick Constraint — 選択要素に適したタイプを自動推奨
Change Constraint — タイプ変更
Reuse Pattern — Pattern 化された部品の自動配置

ヒント: 動かす側のパート(子)を先に選び、固定される側のパート(親)を後に選ぶ。順序が逆だと固定されるべき側が動こうとして Conflict が発生する。

注意: Constraint アイコンが緑なら正常、黄なら更新が必要、赤なら Broken である。赤い Constraint はダブルクリックで Replace するか、参照を再選択して復旧させる。

4. Flexible vs Rigid Sub-Assembly

項目	Rigid(デフォルト)	Flexible
性質	Sub-Assembly 全体が単一剛体	Sub-Assembly 内部部品を最上位で個別に拘束可能
インスタンス	同一 Sub-Assembly の複数インスタンスはすべて同じ姿勢	インスタンスごとに姿勢が異なり得る
性能	軽い	負荷増

切り替えパス: Sub-Product 右クリック → Flexible/Rigid Sub-Assembly。

Use Case: 6自由度ロボットアームを 1 つの .CATProduct としてモデル化し、複数台を最上位ラインに挿入する際にロボットごとに異なるポーズを持たせたい場合はFlexible に切り替える。組立ラインシミュレーションでは必須条件。

注意: Flexible への切り替えは性能低下を伴う。大型アセンブリで乱用せず、必要な Sub-Product にのみ適用する。

5. BOM 管理

パスは Analyze → Bill of Material。標準列は Part Number, Quantity, Revision, Nomenclature, Description。Nomenclature と Description は Part 右クリック → Properties → Product タブで編集する。

Format カスタマイズ: Analyze → Bill of Material → Define Format
エクスポート: txt / xls / html

ヒント: 実務 BOM は Knowledgeware Parameter で PartNumber / Material / Mass を自動抽出し、Excel 出力する構成が定石。週次 BOM を Macro で自動化しておくと手作業によるミスがなくなる。

→ 詳細: Macro/BOM 自動化は /cad-tips/catia/macro-3dx-troubleshoot.md。

6. Assembly Features

Part ではなく Assembly レベルのフィーチャーも存在する。

Split — Product 内の Part を Surface で切断
Hole — 複数 Part を貫通する Hole(組立状態で穿孔)
Pocket / Add / Remove / Rib / Slot — アセンブリ版

注意: Assembly Feature は便利だが実際には Part ファイル自体を修正する。PDM 環境ではRevision/Ownership 管理が複雑化するため、限定的に使うのが安全。

7. パーツ配置補助ツール

Manipulation — 軸別移動(自由度制御)
Snap — 2 要素を一時的に一致
Smart Move — Snap + Constraint の自動生成
Explode — 分解図(3D Exploded View)

Compass の赤い四角を Part に乗せてドラッグすると、自由度を保ちながら Part だけを動かせる。Constraint 適用前の予備配置に必須である。→ 詳細: Compass 操作の基本は /cad-tips/catia/shortcuts-ui.md。

8. Scene と Overload

Scene — アセンブリの「変形状態」を保存。分解図・移動状態を Scene として保存し図面生成に活用
Overload — アセンブリ内で Part の色・材質・Hide/Show を上書き。Part 原本はそのまま保たれる

9. Skeleton ベースの Top-down 設計

大型アセンブリを安全に維持する中核手法。

最上位 Product に Skeleton.CATPart を置き、基準線・平面・軸を配置する
Skeleton の要素を Publication する
下位 Part は Publish された要素のみを参照する
基準寸法変更時は Skeleton のみ修正すればすべての下位部品が追従する

ヒント: Publication は単なる Named Reference ではなくリンクの安全装置である。ファイル名変更や内部構造の変動があっても Publication 名さえ維持されればリンクが壊れない。

9.1 アセンブリ設計原則のまとめ

Skeleton パートで Top-down
Publication による安全な参照
Constraint は自由度の分だけ(重複回避)
100 部品以上は Sub-Product でグループ化
Product Properties の Mass / CoG 自動計算を活用(車体重量管理に必須)

10. DMU Navigator — 大型アセンブリの軽量レビュー

CGR ベースでメモリ負荷を最小化しつつアセンブリを確認する。

アセンブリ探索 / Hide・Show / Isolate / Overload
Sectioning(断面)
Measure

このモードでは編集は不可だが、数万部品規模のプロジェクトも軽快に開ける。

11. DMU Space Analysis — 干渉検証

Clash Detection — Contact / Clearance / Clash の 3 段階の干渉レベル
Interference(Clash) モード — Between All Components / Inside One Selection / Selection Against Selection
Distance & Band Analysis — 距離・バンド解析
Sectioning — X/Y/Z 平面スライド断面
Measure Between / Item / Inertia

ヒント: Clash Detection の結果をPublish すると HTML レポートが生成される。設計レビュー会議の資料としてそのまま渡せる。

12. DMU Kinematics — 機構シミュレーション

12.1 16 種類の Joint

Joint	説明	DOF
Revolute	回転(ヒンジ)	1
Prismatic	直線移動	1
Cylindrical	回転+移動	2
Planar	平面上移動	3
Rigid	固定	0
Spherical	ボールジョイント	3
Universal	ユニバーサルジョイント	2
Point-Surface	点-面接触	3
Point-Curve	点-曲線	5
Roll-Curve	ローリング	1
Slide-Curve	スライディング	1
Screw	ねじ	1 (coupled)
Gear	ギアカップリング	-
Rack	ラック	1
Cable	ケーブル	-
Constant Velocity	等速カップリング	1

12.2 コマンド・再生

Convert Assembly Constraints — 既存 Assembly Constraint を Joint に自動変換。クイックスタート用
Simulation with Commands — 各 Command 値をスライダーで調整
Simulation with Laws — Law(時間関数)を Formula で指定。周期運動
Replay / Trace / Swept Volume — 再生・軌跡・体積

12.3 シミュ中の干渉検査

On — 無効
Off — 干渉発生時にハイライトのみ
Stop — 干渉発生で即停止

ヒント: ロボットセルレイアウトや自動車組立工程の検証ではStop モードが事実上必須。一度の干渉見落としが実機でのコスト急増につながる。

13. DMU Fitting Simulation — 組付/分解経路

Track — 部品の移動軌跡
Recorder — 手動移動を軌跡として記録
Player — 再生
Shuttle — 一時的な DMU オブジェクト(Product 外部)
Smooth — 軌跡を滑らかに

Use Case: エンジンルームでオルタネータを交換できるか(Serviceability)といった整備性評価に用いる。設計段階でA/S まで考慮できる。

実務チェックリスト

New Part 挿入時に Origin 整列「Yes」を確認
Constraint は子 → 親の順序
Flexible Sub-Assembly は必要な場合のみ
Skeleton + Publication 構造で Top-down
BOM は Knowledgeware + Macro で自動化
Assembly Feature 使用時は PDM への影響を事前協議
DMU Clash Detection を定期実行
Kinematics シミュ中は Stop モードで干渉検知
Fitting Simulation で整備性を事前検証
大型アセンブリは DMU Navigator で開く