橋梁製作のCAD／CAM
松尾橋梁株式会社

1．1

鷹羽新二

はじめに

橋梁製作のCAD／CAM利用の歴史は古く、その利用度も電算機のデータ処理能力の充実、強化とともに、増大してきた。利用方法にっいても、設計作業のなかでは複雑な構造物の解析、自動設計、製図の自動化がなされ、また製作（ファブリケータ）においては製作の原寸、罫書き、切断、孔明、溶接等をシステム化する方向へ進みつつある。

とくに原寸作業に関しては、各社ともシステムを確立しており、原寸システムで得られたデータは製作管理情報や工場内でのNC情報として利用され、原寸から仮組立まで一貫したシステムになっている。製作管理情報の利用とは、部材ブロックの組立寸法確認（例
えば設計図面で表れない断面対角寸法）であったり、工場で利用する製作図面（工作図面）の出力と：いった形である。

また近年、NC穿孔機、NC切断機・マーキング装置、板桁溶接ロポット等のNC工作機械が橋梁各社に導入されており、上記の工作機械を作動するためのCAD／CAMソフ
トも工作機械メーカーから独自に提供されており、CAD／CAMの連動が必然となってきた。

しかしながら上位原寸システム（CADシステム）のデータベースを利用して、設計から製作までのコンビュータによる連続的かっ統合的な処理はまだ完全でないと考えられる。

今回、将来的に統合的なCAD／CAMシステムをめざすためのアプローチとして、とくに橋梁製作のCAD／CAMにっいて現状を調査し、さらに今後のあるべき姿にっいても言及した。将来的に橋梁製作のFA化にっいてのヒントになれば幸いである。

一81一

1．2

CADからCAMへの流れ

橋梁製作におけるCAD／CAM化は、昭和40年代後半より原寸作業を皮切りに順次、罫書・切断・孔明けならびに溶接の分野にまで発展し今日に及んでいる。NC機器の導入のメリットとして、省力化、高能率化ならびに、高品質化があげられるが、効率よく使用するだめには、ソフトウェアとハードウェアの一体化が必要条件としてあげられる。

本童では、特にN

1．2．1

C機器を動作させるために必要なデータの流れを述べるものである。

CADシステムについて

橋梁構造物のNC原寸システムはバッチ処理（一括処理）を主体に今日まで発展してきたが、昨今のように大型化・複雑化してくると従来のシステムでは、十分機能しないケースが発生している。既存のシステムの改良・拡張による対応のみでは種々の面で限界に達してきているといえる。
（注）

バッチ処理とは端末コンピュータ（現在はパソコンを端末に使用している場合が多い）のエディタによって線形座標等の数値を入力し、一旦入力モジュールとしてデータベースに格納して、計算モジュールおよび図化システムによって、平面骨組、縦断キャンバー等をXYプロッターに製図して確認する方法がとられている。したがって、CRT上でグラフィックを見ながら処理するといった対話型のものではない。

それゆえに、これらに対応するためコンピューターを利用したCADシステムが導入されっっあり、現在運用面ではバッチ処理と対話型CADの併用の形態がとられている。

まだ立体的に複雑な構造物に対しては3次元CADを使用しているファブリケータもある。

（図一1

参照）

図一2に一般的なCADシステムのフローを示す。このフローでCADの関与する部分は、原寸マスターファイルから各NC装置用のデータファイルを作成することである。個々の加工用データは、コンピューターでフォーマット変換され、フロッピーディスクに記録される場合と、NCインターフェイスを介して穿孔テープを作成するケースがある。

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図一2 橋梁の設計から製作までのシステムフローチャート
ー84一

〔定規〉

下．C稲令1．2．2

NC機器について近年各種の工作機器にっいては、原寸システムから引き渡されだデータをNC装置と連動したパソコンによって作動する方法に移行されてきた。っまりフロ・ソピーディスク（CAD情報）を工場側のパソコンで読み込みNCデータ変換する方法が増加しっつある。
統合的に工場のNC群を稼働させるためには、コンピュータ室から集中的な指令として部品の加工順序まで指示することが望ましいが、現時点では原材料の入荷時期、他工事の工程輻較の関係で難しい。

従って、工場側で上位からのデータを読み込みデータベースとして保存しておきワークの流れに応じて逐次必要なデータを取り込んで、NC機器を稼働する方法は合理的であると考えられる。

1，3

NC機器の導入状況

NC機器の導入状況を図一3に示す。これらは現在のNC機器導入の代表例を示している。
また、プロッター（フラットベッド）、定規取り機と呼ばれる装置があるが、これは原寸システムのマスクーファイルデータより出力プログラム（図化プログラム）を介して型板、定規等を出力させるもので、これらの機器は最終的に加工作業を行わない。っまり中間出力と呼ばれるものである。しかしながらマスターファイルデータからNCコントローラを動作させるという点ではCAMと呼ばれるものであろう。
現在、各社で鋭意導入を進めているのは、加工作業を行うNC機械である。

①超硬1軸ドリル

テーブルタイプ

超硬ドリルを使用したもので、従来、添接板の孔明けでは4軸のNCドリルが使用されていたがワークの自由度に優れているので導入されている。

次工程の鋼板のセッティングを行うためのパレットチェンジャーと呼ばれるオプション装置が最近導入されている。

②超硬1軸ドリル

ガントリーダイプ

対象ワークはフランジ、ウェブ等の主部材であり、橋梁の大型化に伴って、幅広の鋼板を処理するために、従来より幅方向の有効作業スパンが大きくなってきている。

一85一

③NCマーキング装置④NC切断機
マーキング装置と切断装置が両方登載されているものと、特にマーキングの処理速度を向上するため（装置が軽量になるため、駆動走行が速くなる）、マーキング装置と切断装置を別個に導入している場合もある。

切断の熱源は現在、ガス、プラズマとレーザーが採用されている。

⑤溶接ロボット

対象ワークは飯桁、ウェブのパネル溶接等である。っまり、スチフナと主材のすみ肉溶接を行うための溶接ロポットであり、原理的には2次元座標上で動作するものである。
従ってZ方向（高さ方向〉に対しては動作上制限があり、ロボット溶接後、緩衝部材を仮付け溶接して後処理するといった問題点がある。

溶接位置データはスタンドアローンとしてパソコンで入力する方法と、スチフナ取付位置のデータ（マーキングデータ）を編集加工して溶接位置データを作成し、溶接ロボット側のCNCとリンクさせて利用する方法がある。

⑥計測システムセオドライトおよび光波測距儀（光波の代わりに赤外線を発生して測距を行う場合もある）利用して完成部材を3次元的に測定する統合計測システムが一部で実用化されている。

これによって原寸システムより出力される仮組立データまたは3次元CADデータと計測値をリンクさせ、部材製作精度を管理できる。

将来的には橋梁製作工程の中の仮組立作業を机上（コンピュータ上）でシュミレーションでき、従来、この工程で工場敷地内を占有していた膨大なスペースと時間を削減することができ、非常にメリットがあると考えられる。

橋梁製作のNC装置の導入は図。4に見られるように昭和62年9月と平成元年11月のアンケート比較では、かなりのファブリケータが積極的であることを示している。1）

鋼構造製作技術研究会

WG−6活動報告
一86一

橋梁製作のハイテク化

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1，4

生産システムにおけるCADICAMの位置づけ

まずCADシステムの構成の概念図1〉を図一5に示す。これはCADの具備すべきものを図式化したものであるが、一括バッチ処理と比較した場合、会話機能（表示・操作のための補助機能）が最も求められるのではないであろうか？っまりソフトウェアが優れたマンーマシンインターフェイスを備えているかどうかで、入力編集作業の効率化が進むと考えられる。また複雑な構造物に対しては3次元CADの利用も将来的には考えなければならない。

次に生産システムにおけるCAD／CAMの位置づけを図式化したもの2）を図一6に示す。
っまりC

AD／C

AMシステムに、生産管理情報（資材管理、原価管理、作業管理等）を付加し、CIMを目指したものを考えている。
C I Mの実現のためには、設計情報を可能な限りコンピュータに取り入れ、その情報データを人間が最大限かっ容易に取り扱えることが必須である。またそのデータによってインターフェイスを介してロポット、NC工作機械を動作させるといったリンケージがだいへん重要なものとなってくる。コンピュータと自動制御機械のリンケージで不連続が多いと作業工程の効率化が悪くなるのは明白である。

また自動制御機器を効率的に動作させるためには、前述のように、材料物性のデータベースを構築しておく必要がある。例えば、超硬ドリルの取り替え時期（各鋼材ごとのデータベース）、溶接スパ・ソタの清掃時期（各溶接材料ごとのデータベース）を把握することである。

このようにして機械が動作した時の稼働時間を電気信号として取り入れること（負荷時間）は容易であるので、作業管理、進捗管理がコンピュータ上で可能となってくる。さらに工場の全体工程がリアルタイムに近い状況で把握できると、受注物件に対しての工程をいち早くたてることができ、自動機械への負荷量を算出できる。（人間が作業するならばマンパワーの算出というのであるが）また品質管理の面では部材の自動計測システムを取り入れて、これも設計データと比較しながら溶接収縮量のデータベースを構築することができるであろう。

まだまだ重厚長大のわが産業において、全ての加工工程をNC化、自動化することは難しい要素があるが、人手不足が叫ばれて・いる昨今では、CAD／CAMシステムの充実、CIMの構築は急務であると考えられる。

「CADシステムの機能と構成」（日本機械学会編）より
同

上

一89一

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現設計支援力＼＼∠．

＼＼︑D／Bモデルによる縮鰹
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カスタマイズ機能（専用化するためのツール）＼

コミュニケーション機能

誕／＼＼＼

運用・管理支援機能

内，／
／
乙．一ヲ

＼＼＼

図・一5

CADシステム構成の概念図

／

・設計計画
・図面管理
・設計進捗管理

A

D

基本設計
詳細設計
図面作成

一麺設

産

技術

C報

AM

設備レイアウト設計
工程設計

N／Cプログラミング・ロボットシュミレーション

・動作シュミレーション

図一6

生産システムにおけるC

A

D／C

一90一

AMの位置づけ

生

系

産

検査

一保管
一搬送
御一

工程

C

加工

人間系、

生

備制

一管理情

自動

生産管理
基準情報管理・生産計画
品質管理
・資材管理 ・原価管理
作業管理
設備管理

設計管理