トポロジー最適化とは

ここ最近の製造業では、

・製品ライフサイクルの短期化による新規開発
・市場の変化に合わせた製品のモデルチェンジ

など、製品の軽量化、開発スピード向上を見込んだ製品アイデア改善の取り組みが行われています。
そのような中、設計者自身の能力に頼るしかなかった設計初期における「製品構造のアイデア創出」を“軽量化”“製品強化？”“形状のアイデア”という視点で代行してくれるトポロジー最適化という方法が注目を浴びています。
あなたの会社や業界では、このような「製品ライフサイクルの短期化による新規開発」「市場の変化に合わせた製品のモデルチェンジ」という流れの中で、「より良い」「より安い」製品ニーズが高まってはいないでしょうか？
ただ一言に“改善”といっても簡単にアイデアが閃くわけではないですし、1人の設計者が出すアイデアの数には限度があります。
そこで、この「トポロジー最適化」という方法を利用すれば、そのような抱える悩みが解決出来るかもしれません。

トポロジー最適化は『構造最適化』という設計手法に含まれます。

構造最適化は、

寸法最適化：寸法や厚さなどのパラメータを設計変数とする
形状最適化：構造物の表面形状を設計変数とする
トポロジー(位相)最適化：トポロジー(位相)を最適化する

という３つの方法があります。以下がそれぞれの特徴です。

	寸法最適化	形状最適化	トポロジー（位相）最適化
変化対象	寸法	外形形状	材料の密度分布 （穴の数、位置など）
自由度の高さ	△	○	◎

製品の利用シーンで想定される構造的な制約、荷重・拘束条件の下で、設定した設計空間（材料分布可能な領域）において、
「最も効率のよい材料の分布を見つけること」
になります。
簡単に表現すると、ある条件の下で「不要な材料を削り」最適な設計アイデアを見出していく方法です。

トポロジー最適化の実行過程の中では、シミュレーションの繰り返しと効率的な解探索が行われます。

今後、航空宇宙関連機器をはじめとした「軽量化」が重要とされる業界、3Dプリンターなど、生産・加工技術のさらなる進歩を目指す製造業界にとってトポロジー最適化利用の可能性はますます拡大していくことでしょう。

弊社ソフトの「ProTOp」も現在航空宇宙業界をはじめ、様々な業界で採用されています。

これまでのトポロジー最適化ソフトは解析者向けに作られたものが主だったため
「解析スピードが遅い（１つ解析するのに数時間もかかる）」
「中がブラックボックスで、何が起きているのか分からない」
「最適形状が出ずに、途中終了してしまう場合がある」

という設計者が使用するには、大きな3つの問題を抱えていました。

そこで、ProTOPでは独自のオプティマイザを開発。
さらに独自のアルゴリズム、高速化された有限要素を採用することで、『非常に高機能なトポロジー最適化』を実現し、

業界初の
「解析スピードの高速化」
「構造変化のモニタリング機能」
を実現した、トポロジー最適化ソフトを開発しました。

設計者トポロジー最適化ソフト（ProTOp）のメリット

■　解析スピードの高速化

・何回もトライ&エラーを繰り返し、理想形状に近づけられる。
・設計の各段階で軽量化のヒントを得られる。

■　構造変化のモニタリング機能

・リアルタイムに応力・変位・固有値を確認しながら最適化を行える
・変化の経過が見れるので、そこから新製品の形状設計のヒントを得る