Digital thread: what it is, and where it breaks

この記事では、デジタルスレッドを定義し、それが最も頻繁に途切れる場所、つまりCADモデルが軽量3Dアセットになる瞬間について解説します。

デジタルスレッドとは何ですか？

デジタルスレッドとは、製品のライフサイクル全体にわたる製品のデータの記録を連結したものです。これは、要件、設計、製造、およびサービスに関する情報をリンクさせることで、あらゆるアーティファクトをその作成ソースまで遡って追跡できるようにするものです。このスレッドは双方向で、生産データと現場データをエンジニアリング部門に送り返す。

デジタルツインコンソーシアムは、デジタルツインを「構造体、動作、スペース、時間、ライフサイクル段階など、複数の次元をリンクする、双方向で信頼性が高く、相互接続された情報システム」と定義している。それは確かにその通りだが、実行に移すのは難しい。実際には、スレッドとは、この部分について、このステートにおいて、何がそれを生成し、何が変化し、何がそれに依存しているのか、という一つの質問に答える一連のつながりのことです。

双方向性は、最も見落とされがちな部分である。エンジニアリングから製造へと一方的に進むスレッドは、エクスポートパイプラインである。真のスレッドは逆方向にも通っている。検査結果、竣工時の構成、現場での故障、およびサービス履歴は、設計の所有者にフィードバックされます。

このガイドでは、スレッドを介して伝送されるデータを特定し、形式変換中にデータがどのように処理されるかを説明し、リアルタイム3Dまで接続を維持するために必要な事項を概説します。

デジタルスレッドとデジタルツイン：違いは何ですか？

デジタルツインとは、現実の物体を仮想的に表現したものである。デジタルスレッドとは、あるものがどのようにして存在し、その後どのような変化を遂げたかを記録した、つながりのある文書のことである。双子はステートであり、スレッドは履歴である。双子が正直であり続けるためには、スレッドが必要だ。

両者は相互に依存しており、互換性はない。古いエクスポートから構築されたデジタルツインは、もはや存在しない製品の双子である。エンジニアリング部門が改訂版をリリースしても、ツインがその変更を知らない場合、ツインは古い部品のシミュレーションを継続する。そのスレッドはそのループを閉じます。

実際にスレッドを通過するデータは何ですか？

製品データのさまざまな部分は、それぞれ生存確率が大きく異なる。幾何学は最も分かりやすいペイロードだが、通常は最も価値の低いものだ。3D CADファイルは形状を記述します。その形状を実用的なものにするすべての要素は、その形状のすぐそばに配置されている。

• 部品番号と識別子。主キー。安定したIDがなければ、下流のプロセスはソースレコードに結び付けられません。
• 部品表（BOM）と製品構造体。そのアセンブリが何で構成され、どのくらいの量で構成され、どのような関係にあるか。CAD部品表はデータ構造体であり、画像ではありません。
• アセンブリの階層と制約。親子関係、サブアセンブリの境界、メイト、ジョイント。これが機械の構造であり、技術者が操作する内容である。
• 素材と仕上げ。シミュレーションのための物理的特性と、可視化のための外観。これらは、一つの属性セットによって満たされる二つの異なるニーズである。
• PMIとGD&T。製品製造情報および幾何寸法公差。公差と製造意図は、下流工程で最も重要なデータであると同時に、後回しにされがちなデータでもある。
• 改訂と有効性。これはどのバージョンで、いつ適用されるのか。効果性こそが、スレッドを単なるスナップショットではなく、タイムラインたらしめる要素である。
• サプライヤーおよび調達に関する属性。誰が、どのような仕様で、どのような契約に基づいて製造するのか。

PLMが適合する場所

PLMは上記のほとんどの項目において記録システムであり、PLMインテグレーションこそが、スレッドを単なる理想ではなく、実現可能なものにするものです。PLMは、識別情報、改訂履歴、構造体、およびリリースステートを保持します。データがそこから出て、可視化パイプライン、トレーニングアプリケーション、コンフィギュレータなどの下流のコンシューマーに渡された後に何が起こるかを制御することはほとんどない。その引き継ぎの段階で、格差が生じるのだ。

研究結果もこれを裏付けている。Tech-Clarityが245社を対象に行った調査によると、約3分の1がマルチCADに関連する問題を報告しており、ほぼ半数が不十分または非効率的なコラボレーションによって時間を無駄にしていると回答した。エンジニアは時間の19％、つまり週に約1日を、付加価値のないデータ管理作業に費やしており、その作業には、間違ったデータの扱い、データの再作成、フォーマットの変換などが含まれる（ Tech-Clarity、2024年12月）。フォーマット変換は、データ管理問題における些細な問題ではない。それは、その原因の一つとして挙げられている。

スレッドが途切れる箇所：形式変換

テッセレーションとは、平面三角形のメッシュを用いて、正確なCADサーフェスを近似するプロセスである。リアルタイムエンジン、ブラウザ、ヘッドセットは、パラメトリック曲面ではなく三角形をレンダリングするため、すべてのCADモデルは、インタラクティブに表示する前にテッセレーション処理を施す必要があります。その結果、選択された許容範囲を伴う視覚的な近似値が得られる。

CADジオメトリは厳密な数学である。シリンダーとは、解析曲面とNURBS曲面から構築され、任意の精度で評価可能な境界表現（BREP）のシリンダーです。リアルタイムエンジンではそれを直接レンダリングすることはできません。三角形を描画します。つまり、サーフェスがサンプリングされ、サンプリング許容範囲が出力の永久のプロパティとなる。許容誤差を厳しくすれば、許容範囲と三角形の数の両方が得られます。緩めれば、性能が向上するだけでなく、ファセット加工もはっきりと見えるようになります。

壊滅はさらに続く。テッセレーション処理後も、モデルは通常、ヘッドセットやブラウザーにとって重すぎるため、三角形が削除され、メッシュが結合され、遮蔽されたジオメトリが削除され、階層が平坦化されます。これらの操作はすべて、情報量とフレームレートをトレードオフする。

問題は、同じ瞬間に起こる2つ目の出来事です。パイプラインが明示的にそれらを伝送するように構築されていない限り、前のセクションで説明した非幾何学的属性は一緒に伝送されません。メッシュが届きました。部品番号は関係ありません。BOMにはそれがありません。改訂版にはその変更はありません。スレッドは切断されたばかりだが、誰も気づくほど大きな音はしなかった。下流工程では、アセットは正しく見え、出所を示す情報は一切ない。

フォーマットによって、それがより具体的になる。入力段階では、通常、CATIA V5やV6、Siemens NX .prtファイルなどのネイティブCADファイル、STEP、IGES、JTなどのニュートラルフォーマット、IFCやNWDなどのBIMフォーマットを扱います。出力側では、リアルタイムパイプラインでは一般的にglTF、FBX、OBJが使用されますが、USDはより広範な3Dエコシステム全体で交換形式としてますます使用されるようになっています。Unity Asset Transformerなどの変換ツールは、ネイティブCADフォーマットやニュートラルフォーマットを直接読み込み、BREPからメッシュへの変換を処理するため、最初にメッシュ形式へのエクスポートを行う必要がありません。70種類以上のフォーマットに対応しており、インポート時に階層、マテリアル、メタデータを保持します。

重要なのは、改宗が起こるかどうかではない。いつもこうなるんだ。問題は、孤立したメッシュを生成するのがブラックボックスなのか、それとも同一性をフォワード明確なステップのかということだ。

CADからリアルタイム3Dへの変換で何が残って何が残らないのか

答えは、属性、パイプライン、およびソースデータの作成方法によって異なります。ここでは何も自動ことはありません。

注意すべき点が2つあります。

これらの損失の中には正しいものもあります。ヘッドセットにNURBSを使用するのは望ましくありません。最も痛手となる損失は情報に関する損失であり、それらは回避可能である。部品番号と改訂版を知っているメッシュはスレッドです。そうでないメッシュは画像です。

モデルベースの定義とMBSEは、より高度なレベルへと引き上げる。モデルが図面ではなく正式な定義である場合、変換時に失われる属性は見た目の問題ではない。これらは仕様書です。

エンジニアリング部門が部品を変更すると、何が起こるのでしょうか？

デジタルスレッドは一度限りのエクスポートではなく、ほとんどのチームが最初にその問題点に気づくのはまさにこの点です。

よくあるシナリオだ。エンジニアリング部門が改訂版をリリースし、角かっこの位置が4ミリメートルずれる。上流工程では、すべてが正常に動作します。変更指示書は作成され、レビューされ、リリースされ、PLMにも正しく記録されます。下流工程では、古い形状に基づいて構築されたあらゆるアーティファクトが、ひっそりと間違ったものになってしまう。トレーニングモジュールでは、依然として古いアセンブリ手順が教えられています。コンフィギュレーターにはまだ古い角かっこが表示されています。メンテナンスウォークスルーには、技術者が既に存在しない穴を指し示す箇所が依然として記載されている。

エラーは発生しない。それが問題なのだ。手動パイプラインは、誰かが再エクスポートすることを覚えていて、その部分から派生したすべての下流アセットを特定し、変換を再実行することに依存している。実際には、その知識を持っているのはたった一人か、あるいは誰も持っていないかのどちらかだ。

このスレッドの利点は、設計変更を早期に可視性であり、これにより後期段階での変更にかかるコストを削減できる。下流の成果物が更新ない場合、上流の可視性だけでは不十分です。スレッドは実行可能である必要があり、つまり、ソースシステムの変更によって再変換がトリガーされ、それに依存するアセットにフラグが立てられる必要がある。

このループを締め付けることで得られる効果は測定可能です。シーメンスによると、テラダイン社はエンジニアリング変更指示のサイクルタイムを90日から14日に短縮し、84%の削減、変更指示の実施コストを60%削減し、年間200万ドルの節約を達成したという。勝利の鍵は、手作業による引き継ぎをなくすことにあるのであって、手作業の中でより速く作業することにあるのではない。

変換をタスクとしてではなく、繰り返し実行可能なトリガー操作として扱うことが、根本的なシフトです。CADから3Dへのワークフローを自動化する目的はまさにそこにあるのです。

3Dまでスレッドを損傷させずに維持する方法

「デジタルスレッドはどのように作成するのか？」――その答えは、アーキテクチャプログラムです。改宗に関わる部分は、6つの実践に集約される。パイプラインを構築する者が誰であろうと、彼らにそれを要求すべきだ。

1.変換後も部品の識別情報を安定させる。転送される識別子を決定します。通常はファイル名ではなく、PLMオブジェクトIDとリビジョンを組み合わせたものです。変換後のオブジェクトに書き込みます。下流のアセットがそのソースを特定できない場合、スレッドはそこで終了します。これはリストの中で最も価値の高い実践方法です。

2.ソースプロパティをターゲットメタデータに明示的にマッピングします。存続しなければならないプロパティをリストアップし、それぞれがどこに配置されるかを定義し、パイプラインの一部としてマッピングをテストします。デフォルトの動作は仕様ではありません。名前をつけていないものは、いずれなくなってしまうでしょう。

3.変換を自動化し、レシピのバージョン管理を行う。テッセレーション許容範囲、デシメーション目標、マージルール、マテリアルマッピングはすべて入力項目です。それらをソースコントロールに保存し、プログラムによって適用で、同じ入力に対して次の四半期にも同じ出力が得られるようにします。手動による最適化処理は、定義上再現不可能である。

4.変換をイベント駆動型にする。個人の記憶ではなく、ソースシステムのリリースイベントに基づいて再変換をトリガーする。これが、一連のエクスポートを常に最新の状態に保つスレッドに変える仕組みです。

5.変換されたアセットは、後で見つけて再利用できる場所に保存してください。変換されたアセットは派生データであるため、それに応じて、カタログ化、検索可能、バージョン管理、および破棄可能といった扱いをする必要があります。適切な3Dアセット管理とは、誰も複製できないアーティファクトを保護するのではなく、ソースからアセットを再現できることを意味します。

6.変換されたアセットをソースのレコードにリンクさせる。メタデータのコピーではなく、リンクです。変換されたアセットは、リリース済みのエンジニアリングオブジェクトの微分であり、その旨が明記されるべきです。これが影響分析を可能にする仕組みです。ある部品が変更されると、その部品の下流にあるすべての要素を列挙できるのです。

これは、ソフトウェアのビルドパイプラインに適用される規律を、 3Dデータに適用したものです。エンジニアリング部門とIT部門の間でこれらの責任がどこに位置するかなど、より広範なアーキテクチャの問題については、 3Dデータインフラストラクチャのガバナンスに関するこのガイドを参照してください。

業界別のデジタルスレッドの例

航空宇宙・防衛

航空宇宙分野は最も成熟した利用事例であり、この用語の起源でもある。そのドライバーは規制にある。機体コンポーネントは、要件から設計、マテリアル認証、製造、検査に至るまで追跡可能でなければならず、その記録は何十年にもわたって保存されなければならない。このスレッドは、要件管理、CAD、MBD、製造実行、および検査結果を結びつけ、部品がエンジニアリング仕様どおりに正確に製造されたことを証明します。それを破れば、効率性の問題ではなく、コンプライアンスの問題となる。3D終了では、同じデータが航空機のアセンブリ手順やメンテナンス訓練に活用されている。

自動車

自動車産業は、多様なバリエーションの複雑さに基づいて成り立っている。車両ラインは数千もの構成から成り、それぞれに有効部品ウィンドウ（BOM）と有効期間があります。このスレッドは設定ルールをジオメトリに結び付けることで、特定のビルドのパーツが正しいパーツとなるようにします。それがなければ、チームはスプレッドシートを照合することになる。3D設計の終了では、これにより分散したチーム間での設計レビュー、金型製作前の仮想ビルド、そして実際に注文可能な車を表示するコンフィギュレーターが実現します。スレッドを間違えると、コンフィギュレーターが工場で製造できないバリエーションを販売してしまう。

産業機器

産業機械は一度販売されれば、20年間はメンテナンスが継続される。このスレッドは、シリアル番号ごとに、設置済みの機器全体にわたって、設計どおりの機械と、製造および保守された機械を結びつける役割を果たします。それがなければサービスが機能しなくなる。つまり、技術者が機械のところに到着しても、マニュアルにドキュメントされている改訂版と異なるバージョンが記載されている、といった事態になるのだ。3Dの終了では、 3D可視化ソフトウェアが、シリアル番号ごとの記録を、ユーザーの正面の前にある正確な設定に関するインタラクティブなサービス手順、リモートアシスタンス、およびオペレーター向けトレーニングに変換します。

デジタルスレッドの一般的な課題

障害のほとんどは組織的なものであり、その多くはインテグレーション作業が始まる以前から存在していた。

そもそも通信するように設計されていなかったソースシステム。PLM、E​​RP、MES、ALM、CADは、それぞれ異なる時期に、異なる所有者によって、異なるデータモデルで購入された。このプロジェクトには、データのみを扱うバージョンは存在しません。

所有権の分割。エンジニアリング部門は定義を、IT部門はプラットフォームを、製造部門とサービス部門は結果をそれぞれ担当する。スレッドは誰のものでもないのだから、システム間のギャップも誰のものでもない。

データとともに提供されるデータ品質。スレッドは品質を生み出しません。それは存在するもの全てを増殖させる。米国とヨーロッパのエンジニアリングリーダー250人を対象とした調査では、95.6%が会社の設計基準に従うことを極めて重要または重要だと回答したが、設計基準が文書化され、最新の状態であり、頻繁に使用されているのはわずか55%に過ぎなかった。モデルに付随するデータは、変換処理が行われる前から脆弱な状態にあることが多い。

コンバージョンブレイク。これはそれ自体が大きな課題である。なぜなら、この課題はプログラムの資金提供者にとって最も見えにくいものだからだ。

これらの中には、単純に難しいものもある。所有権の分割はツールの問題ではなく、いかなる製品もそれを解決するものではありません。現実的な目標は、結果を伴う道筋において、スレッドが途切れることなく途切れない状態を維持することである。