つまり、接続の方法が与えられ、一連の要件を満たし、一連の制約に従う、この固定条件セットを満たすコンポーネントのアセンブリ （つまり、設計された成果物）ということを意味しています。
優れたモジュラーシステムには、柔軟性、素早いビジネス、効率性を持っているという3つの特徴があります。モジュールシステムを作成する場合、モジュールとインターフェースを慎重に選択して、3 つの特性が企業戦略を実現するために利用されるようにする必要があります。しかし、モジュールやインターフェースは抽象的で煩わしいかもしれませんが、モジュールシステムの設計では、この抽象的で戦略的なレベルを非常に詳細かつ正確な設計にとり、その間、柔軟性、素早いビジネス、効率性という本来の意図が維持されるようにする必要があります。簡単に言えば、構成、再利用のための設計、将来の開発のための設計を行うべきだと考えています。
モジュラーシステムの設計では、次のことを保証する必要があります。
- モジュールとモジュール バリアント（モジュールの種類）の再利用性向上。それに伴う、複雑さに起因するコストの削減、及び、規模の経済効果を達成。
- インターフェースを管理することにより、長期にわたって効率的であり続ける。
- コンフィグレーション（組合せ）設計の実現。特に、受注時に仕様を決め込む製品においては、設計作業の大きな削減が期待できる。
最近のCADはモジュラー化を志向した機能が多く含まれていますが、モジュラーシステムの目的と目標を理解することが、ツールを正しい方法で使用するための鍵となります。CADツールを使用して、設計作業の高品質と高効率を確保することが重要です。必要なものと比べて間違ったツールや機能を使用すると、大きなメリットが得られないまま、アーキテクチャ設計に多くの作業を費やす可能性があります。一方で、十分に文書化していないと、モジュラー システムの価値が低下する危険性があります。
このブログでは、再利用と構成可能性を設計するためのいくつかの重要な概念について説明し、成功するために考慮すべき事項に触れます。
モジュラーシステムのトップダウン設計
従来の手法である、製品またはプロジェクト固有のソリューションと構造を使用して設計作業を処理する方法は最適解ではありません。確かに、再利用のためのデザインはあるかもしれませんが、製品のデザインと管理プロセスはモジュラーシステムに合わせるべきです。トップダウン設計では、開発作業は完全なモジュラーシステム開発に焦点を当て、製品範囲全体を網羅し、単独事案の製品開発に戻ることを防ぎます。
理想的には、特定のモジュールのモジュール バリアント（種類）は、2 つのプーリーで表された下記の図に示されているように、多くの要件を共有します。モジュラー システムの一般的なプーリー モジュールのこれらの構成のバリエーション、ボルト接続設計はモジュール バリアント間で共有されていることに注意してください。これは、時間の経過とともに再利用および構成可能にするために、標準化および管理する必要があるインターフェースです。
モジュラー システムの要件が確実に満たされるようにモジュールを設計する
モジュールは、モジュラー システムの要件に対してトップダウン アプローチで設計する必要があります。エンベロープ（領域）とインターフェース（接続）オブジェクトが含まれる各モジュールのスケルトン（骨格） モデルを使用することにより、このスケルトン モデルに基づいてモジュールのバリアントを設計できます。モジュラー システムを設計するこの方法により、モジュール要件が各モジュール バリアントによって確実に満たされます。
下の画像は、プーリーのモジュラーアーキテクチャモデルがどのように見えるかという例を示しています。モデルには、プーリーのボルトインターフェース面とエンベロープ領域が含まれています。
モジュール インターフェースの設計
インターフェース（接続）とモジュール エンベロープ（領域）の事前定義されたライブラリを管理運営することで、技術的な製品および設計管理の観点から、アーキテクチャの制御を改善することができます。複雑な開発プロジェクトでは、設計者間のコミュニケーションのミスのリスクが常に存在し、互換性のない部品コンポーネントがコスト高で時間のかかる修正を必要とする結果になります。さらに、担当者が異動すると製品情報が失われるリスクが常にあり、設計者間で手動で情報のやりとりをするだけではインターフェースを維持することは困難となっています。
結果 (設計されたモジュール バリアントの観点から) として、定義されて標準化されたインターフェースの使用を確認するためには、このインターフェース オブジェクトを一度作成してから再利用する必要があります。たとえば、ボルト締めフランジ (サイド A) とそれに対応する穴パターン フランジ (サイド B) など、インターフェースには常に 2 つの側面があります。両面インターフェース オブジェクトが 一度作成され、作成された各モジュールおよびモジュール バリアントは、ベルト プーリーと機械シャフト間のインターフェースを示す下の画像に示すように、インターフェース オブジェクトの対応する側からジオメトリを継承します。
モジュール インターフェースは、モジュラー システムの最も重要な資産と見なされています。どちらも柔軟性を可能にするものですが、俊敏性（ユーザーが毎回要件を確認しなくても良い）を確保するために堅牢な方法で設計する必要があるものでもあります。その理由は、 インターフェースを変更する必要がある場合、インターフェースの両側にその影響を及ぼすからです。最悪の場合、他のインターフェースにも波及効果が及ぶ可能性があります。厳密には、インターフェースを変更することは、アーキテクチャを変更することを意味します。
この重要性は、モジュラー システムとインターフェース ガバナンスのトピックで詳しく説明をしています。インターフェースが長期間にわたって損なわれていない状態を維持する必要がある場合は、どのような場合に変更が必要かを特定する方法が必要です。また、変更要求が受け入れられるかどうかを決定する方法が必要です。また、該当するインターフェースのルールを満たしていることなどを検証する設計要件を検証する方法も必要です。
複雑な製品のモジュラーシステムの実際の設計作業のような種々のふるまいを満たす設計サポートプロセスを構築するには、さまざまなサイズのモジュール バリアント、製品アセンブリ、および製品で発生するインターフェースの違いの影響を処理するツールセットが必要です。
実際のモジュールバリアント設計
モジュール レベルでスケルトン モデルを使用してモジュール バリアントの共通要件を管理すると、これらのオブジェクトのレビューと検証が簡単になるだけでなく、モジュール バリアントの設計プロセスも改善されます。モジュールの一般的な要件とインターフェースのジオメトリは、特定のモジュール バリアントのパーツを作成する設計者への入力として明確に提示されます。
モジュール要件を形状モデル上で文書化することにより、設計者のグループ間で作業を共有して開発スピードを上げることもできます。また、設計担当者が担当を変更することになった際にも、担当リソース間での設計作業の引き継ぎもサポートしてくれます。最も成功したモジュラーシステムというのは、長期間存続することが出来ます。このためには、特定の専門スキルを持つ人材への依存を避けることがさらに重要になります。
モジュール バリアントの設計作業が開始されると、設計者はモジュール スケルトンを 3D 環境にインポートすることから始めます。このスケルトンには、モジュール エンベロープにマウントされた定義済みのインターフェースが付属しています。スケルトンによって与えられた境界条件が満たされていれば、設計には完全な自由度が与えられます。つまり、モジュールのエンベロープを超える、正しいインターフェースが装備されていない、または他の方法でモジュラー システムと互換性のないモジュール バリアントを作成することはできません。
これは、設計者の時間と労力を節約することで設計作業を支援するだけではありません。インターフェースの設計変更など、製品アーキテクチャに加えられた変更は、モジュール システム全体の設計を自動的に更新し、そのインターフェースによって影響を受けるすべてのモジュール バリアントの設計を自動的に更新します。
Smart Modular Design によるコンフィグレーションデザインの実現
モジュラー システムの主な利点は、設計者の日常業務を支援することです。トップダウン設計システムでは、インターフェース、エンベロープなどの各モジュラー設計エレメントがモジュラー フレームワークの一部です。設計部門が使用するモジュールのスケルトン、エンベロープ、およびインターフェースは、モジュラー アーキテクチャで設定されたパラメータによって制御されます。これらのプロパティへの変更は、手動で更新しなくても、設計要素に引き継がれます。
複雑な製品のモジュラー システムを構築する場合、構成ルールの大部分は通常、設計からの実際の制限によって設定されます。たとえば、乗用車のアーキテクチャには、いくつかのサイズのシャーシとエンジンのパフォーマンス ステップが含まれる場合があります。モジュラー化の観点からは、シャーシとエンジンのペアリングを完全に分離することが論理的に見えるかもしれません。ただし、小さなシャーシが最大のエンジンに適合しない場合や、その逆の場合もあります。組立のレベルが深い製品の場合、150% BoM やSuper BoM などの従来の方法で分散処理することは、部品のすべての可能な組み合わせの手動入力に依存しているため、非現実的になります。構成可能なモジュラー設計と組み合わされたモジュラー BoM により、大幅な作業の削減が可能になります。
モジュラー BoM と組み合わせたコンフィグレーションデザインは、新しいモジュール バリアントが導入されたときに必要な幾何学的な整合性レビューの量も削減されます。モジュラー スケルトンにより、すべてのバリアントがモジュールの要件に適合することが保証され、コンフィグレーションルールにより、モジュールとモジュール バリアントの実行可能な組み合わせのテストだけで済むことが保証されます。
柔軟で効率的で俊敏なモジュラー システム設計で成功するための 3 つのポイント
コンフィグレーションデザインへの転換の目的は何ですか? 新しい方法論の実装は、常に目的の明確な理解に基づいている必要があります。クロスファンクション（組織横断的）な目的を果たすモジュラーシステム設計を実装するには、チームが変更によって影響を受ける組織のすべての部分から期待を集め、これらの期待が互いにどのように影響するかを理解することが極めて重要です。
ポイント1: 目標レベル（志）を設定する
トップダウン構成設計への変革を成功させるためには、目標レベルが組織からの期待に一致するようにすることが重要です。変革の意図は何でしょうか？モジュラーアーキテクチャ管理システムでは、設計作業にどのレベルの統合を行う必要があるか。また、スケルトンモデルやインタフェースモデルに必要な詳細レベルは、これらのオブジェクトの作成と保守に必要なリソースと、設計者に与える効率化のレベルとのトレードオフです。これは実用的であるべきです。
ポイント2:モジュラーシステムで設定された要求に基づいてスケルトンとインタフェースモデルを作成する
製造業界での設計する際の一般的な方法は、過去の類似部品に基づいて新しいコンポーネントの設計を行うのが一般的です。インターフェース、スケルトンモデル、およびエンベロープのモデルを作成する場合、特定の製造方法、既存サプライヤー、または適用されなくなった他の設計要件に関連する過去の設計上の決定ではなく、現在のアーキテクチャの要件を反映することが重要です。
ポイント 3: 目的に合ったツールとメソッドを選択する
製品管理と設計作業のためのツールを選択し、設計ワークフローと方法の目的に一致するレベルに統合することが重要です。
サマリー: 柔軟性、敏捷性、および効率のためのコンフィグレーションデザイン
モジュラー システムは、モジュールとインターフェースがこれらの特性を活用し、企業戦略と整合する方法で作成されることを保証することにより、企業の柔軟性、素早いビジネス、および効率を向上させます。モジュラー システムをスマートなトップダウン モジュラー設計と組み合わせると、アーキテクチャによって得られた利点を製品設計に引き継ぐことができます。この記事では、コンフィグレーション、再利用、および将来の開発のための設計のいくつかの重要な概念と、コンフィグレーションデザインモジュラー化の利点を高める方法について説明しました。
製品またはプロジェクトに基づいた構造を持つ従来の個別製品開発は、設計作業をモジュラーシステムから切り離します。トップダウンコンフィグレーションデザインでは、全製品範囲を含む完全な製品アーキテクチャ開発に焦点が当てられます。
通常、モジュールのバリアントには多くの共通点があります。インターフェースは標準化されており、モジュールの物理的なエンベロープも通常、モジュール レベルの要件によって管理されます。設計者が設計作業のベースとして使用するモジュール スケルトンにこれらの要件を収集することにより、モジュール アーキテクチャによって設定された要件の助けを借りて、モジュール バリアントの設計を推進できます。
モジュール バリアントの設計作業が開始されると、設計者はモジュール スケルトンを 3D 環境にインポートすることから始めます。スケルトンによって与えられた境界条件が満たされる場合、設計に完全な自由が与えられます。つまり、モジュラー システムと互換性のないモジュール バリアントを作成することはできません。さらに、インターフェースやその他の要件に影響を与える製品管理による変更は、情報を手動で転送することなく、モジュール バリアント レベルまで引き継ぐことができます。
モジュラー設計とモジュラー BOM を組み合わせることで、新しいモジュール バリアントを導入するときに必要な幾何学的テストの量も制限されます。モジュラー スケルトンにより、すべてのバリアントがモジュールの要件に適合することが保証され、コンフィグレーションルールにより、モジュールとモジュール バリアントの実行可能な組み合わせのみがテストされることが保証されます。
以下のブログでは、コンフィグレーションデザインをサポートする 9 つの一般的な CAD ソリューションをリスト化しました。ぜひご確認ください。
ブログ作者
Oscar Strömberg
コンサルタント
T: +46 8 456 35 00
E: oscar.stromberg@modularmanagement.com
