H30-485
デジタルものづくりの新しい手法を活かした中堅 ・ 中小企業の取り組みに関する調査研究（一社）新技術協会

客員主任研究員

朴木秀明

１．社会のデータ量の急激な増加 ～ データ爆発時代の到来
ひと昔前にデータ収集と⾔えば筆記具でノートに記録するのが普通であった。しかしデジタル化によりデータを取り巻く環境は⼀変した。IoT 等の進展で今や社会のあらゆるもの、ことがデジタル・データ化され社会実装されており、サービス、取引、プロセス、最適案の選択など単純な事象はもとより複雑な経験を有する事柄や決定についてもデジタ
ル・データ化、形式知化が進みつつある。極⾔すれば社会全体がデジタル・ツインに向かいつつあるとも⾔えよう。コンピュータのパーソナル化、クラウドの発達、SNS の爆発的普及、モバイル機器の⼀⼈⼀台化などを背景にデジタル・データの⽣成量、流通量が指数関数的に激増している。今後更にビッグデータ解析の進展とデータ活⽤が進めばその取扱量は劇的に増加することが予測されている。このようなデータの爆発の中でこれらを処理し解析、分析してデジタル・データに価値付加し意味を持たせる作業がこれからは重要となってくる。逆に⾔えば激増するデータを如何に処理できるかが差し迫った課題となっている。
２．価値付加とその連携 ～ 進化するデジタルものづくり
ものづくりデジタル化の急速な進化は「もの」に対する価値のあり⽅を急速に変えつつある。デジタル技術を活⽤したものづくりにおいてポイントとなるのは、「もの」や「こと（サービス）」に対してどのように「バリュー（価値）」を付加していくか、更にそれらの連関によりどのように価値連携の⾯として広げていくかが次のポイントになる。この連携をハードウェア、サービス、マーケットの３点の相互の関係性から捉え、この三者の相互連携と双⽅向の作⽤がものづくり全体の基本的な流れをつくることが想定される。
１．

ハードウェアへの連携的価値付加

２．

ハードウェアへの多⾓的価値付加

３．

サービスへの市場価値付加従来の⽇本のものづくりは⾔わばプロダクト（製品）を如何に⾼度化し、⾼効率なプロセスでつくるかに重きを置いてきた。⾼度化を追求し豪華で⾼機能な電⼦調理器や複雑かつ⾼機能なハイブリッド・カーや⼦供⽤勉強机、ガラパゴス携帯電話など国内だけを⾒て技術的な⼯夫と改善⼀辺倒で進んできた結果、ニーズに合致しないケースも出てきた。今後は深堀したプロダクトのみならず、マーケットおよびサービス（利⽤してゆく仕組み）と密接相互に価値連携した形でとらえていくことが必要とされている。
次いでマーケットからの要請、傾向を処理・解析する技術との連携により、あらゆる⾯でのカスタマイズ志向が⾼まることが想定される。⼤量⽣産による画⼀的な「もの」では満⾜しない市場においては、「もの」に対し、ニーズに合わせた多種多様な「バリュー－1－（価値）」を付与したものを様々な商品として市場に投⼊する動きを必要とする。すなわ
ち販売したハードウェアに対し、単体の価値を提供する以外に、関連サービスの提供、次いで連携した今まさに変化している流動的な最新情報を提供し、または解析することで継続した価値提供を⾏うことが主体となると考えられる。
３．価値付加と最適化～なぜ最適化なのか
数多のセンサー群から吐き出されたデータ群が様々な価値を付加された状態で今後将来に渡り指数関数的に増加し、これらを瞬時にかつ⾼精度に⾼速処理することが求められるようになってきている。また AI が進化発展することで、機械学習やディープラーニングなどの有益な技術をもって、過去の価値付加された膨⼤なデータからの学習をベースにした適切な近似解の提供も可能となってゆくであろう。これらの近似解を得ることはそれなりに有⽤ではあるが、ここで厳密解ないしは最適解がリアルタイムで得られれば、瞬時にベストな選択肢を得てその課題の焦点が確定する。⼀⽅、コンピュータの処理能⼒については、ゴードン・ムーアが提唱した半導体の集積度と処理速度が倍々ゲームで急増するといういわゆるムーアの経験則は理論的、チップの⼩型化と微細化により最近まで数⼗年に渡って信奉されてきた。しかし近年になって半導体回路の線幅の物理的、技術的限界も伝えられポストムーアが語られる現状にある。すなわち激増するデータを処理していく能⼒を何らかの⽅法で向上させていく事が必要とされている。
４．注目される最適化の方法
⼀般的に 3D プリンターに必要なデータ⼊⼒作業は簡易なものではない。しかしここにきて CAD/CAM/CAE を統合させた最適化設計ソフトが登場し、データ作成作業を⼀層ユーザー・フレンドリーとしている。端的に⾔えば 3D-CAD 上でシミュレーション作業を含めた最適化設計が⼀気通貫で⾏えるようになってきたのである。特にトポロジー最適化によるシミュレーションは従来にない発想での最適化処理を可能としている。これは構造最適化問題を材料分布問題に置き換えることで実現した⽅法であり、AM 技術における付加加⼯と密接に関連して 3D プリンターの効果を⾼めた。3D プリンターを実モデルの造形⼿段とした場合は、通常は最適化後の仮想⽴体が存在する限りその造形はそのまま実現され、中空構造や製作過程における制約がない造形処理が可能となっている。
次⾴の図に⾃動⾞のサスペンション・ビームの軽量化事例を⽰す（LEIBER 社による）。
トポロジー最適化と 3D プリンターによる造形に加え⾃社アルミ材料の適⽤で元の剛性を保ったまま 50%軽量化と製作リードタイムを短縮した。下図左端はサスペンション・ビー
ムの初期設計空間で荷重条件、製造⽤の拘束条件は含まれた状態である。中央はトポロジー最適化処理後の理想的な形状、右端は更に実製造条件に合わせ表⾯も平滑化した最終製品である。

－2－図：⾃動⾞サスペンション・ビームのトポロジー最適化の進め⽅
⼀⽅製造実務⾯での最適化⼿法として、リーン・スタートアップ⽅式が脚光を浴びつつある。この⽅法論は無駄を省いて PDCA を速やかに廻すことで機会損失を少なくする。製造業では試作サイクルの繰り返しは容易なものではなかったが、3D プリンターによるコスト、時間の劇的な短縮化と装置の価格低下で本⽅式が改めて脚光を浴びつつある。
最適化の⼿法で今最⼤の注⽬を集めているのが「量⼦アニーリング⽅式」であろう。最適化問題の理論⾯でのブレークスルーとも考えられている。これは量⼦ゆらぎにより⽣ずるトンネル効果を⽤いることによって最適解（基底状態）を探索する⼿法であり、⾼速かつ確率が⾼い⽅法である。組合せ最適化問題に特化した商⽤機が既に発売されている。⼀般⽤途としては交通、物流、⾦融、創薬、バイオ、新材料など広範囲に渡っている。
５．中堅・中小企業における最適解への取り組みへの提言（１）設計およびデザイン⾯での対応
統合 CAD ソフトウェアやトポロジー最適化シミュレーションは新発想での最適化設計への取り組みを中堅・中⼩企業にも可能とした。苦⼿としてきた設計分野において、デジタル技術を⽤いることはものづくりの⾃由度を⾼める機会となる。今後単⼀仕様のプロダクトは後退し、多様なものを迅速に供給する必要性が⾼まる。
（２）開発・試作⾯での対応
AM 技術は統合 CAD と最適化ソフトにより中堅・中⼩企業にとっても使い勝⼿が向上した。ソフトやハードの低価格化と普及が中堅・中⼩企業にとっての AM 技術の使い勝⼿向上に繋がっており、IT および AM リテラシーの向上がシステム活⽤の必須条件と⾔えよう。新材料による DDM も中堅・中⼩企業にとっては検討価値のある技術と⾔える。
（３）製造実務⾯での対応
仕様が多様化する環境で注⽬されている新規事業の⽴ち上げ⽅法がリーン・スタートアップである。余分の無い最⼩の形でスタートし⾒極めを早めて顧客の反応やフィードバックにより即座に軌道修正を⾏う。中堅・中⼩企業にとっては取り組みが⼗分可能な⽅法であり、新商品開発に活⽤することが可能なやり⽅と考えられる。
以上、⽇本のものづくりを⽀えてきた中堅・中⼩企業群が素材と部品供給に⽢んじるのではなく、変化するデジタルものづくりの現況を認識し、変化を新たな契機と捉えて対応にいそしみ、新たな価値を⾒出す事への⼀助とすべく本調査研究を実施し提⾔とした。

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