https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/359/1/012037/pdf

1. 研究の背景と目的
従来、産業デザインから製造までの各工程は異なるソフトウェアで分断されており、設計モデルと実製品とのギャップが生じやすかった。

Fusion 360 はクラウドベースで動作し、産業デザイン、構造設計、シミュレーション、CAM、3Dプリントまでを一元的に統合。クロスプラットフォームかつリアルタイムにコラボレーションを実現し、設計と製造間の障壁を打破することを目的としている。

2. 機能モジュールの概観
Fusion 360 は以下の主要ワークスペースを備える：

モデリング（ダイレクト／パラメトリック両対応）

レンダリング（ローカル Ray Tracing／クラウド）

アセンブリ（自由度ベースの拘束設定）

アニメーション（キーフレーム方式）

ドローイング（3Dモデルと連動する2D図面）

シミュレーション（静的応力や動的挙動の解析）

CAM（2D、3軸、マルチ軸加工）

3Dプリント（Print Studio、Emberとの連携）

3. モデリング手法の比較
パラメトリック vs ダイレクト：ヒストリー管理と自由編集を両立。

T-Splines vs NURBS：T-Splines は制御点数を大幅に削減し、滑らかな形状生成と高速モデリングを実現。従来型NURBS と比較してモデリング効率が向上する。

4. レンダリング
ローカルレンダリング：リアルタイムでキャンバス内にプレビューを反映。

クラウドレンダリング：高品質なフォトリアルレンダリングをクラウドで実行し、ローカル負荷を軽減。描画進捗や反復回数に応じて品質を制御可能。

5. コンポーネント組立とアニメーション
接続ベースのアセンブリ：部品の自由度に応じた拘束条件を設定し、メタ拘束を最小化。

アニメーション：ストーリーボード／キーフレームを用い、ジョイント（回転、スライダー、球面など）の動作を記録・再生。

6. シミュレーション解析
CAEワークフローは「前処理→解法→後処理」の三段階。

静的応力解析や熱流動、運動解析を通じて設計初期段階で弱点を可視化し、試作コスト・時間を削減。

7. CAM と 3D プリント
CAM：2D輪郭・穴あけから3軸、マルチ軸加工までサポート。ポストプロセッサ設定により各種CNCシステム用Gコードを出力可能。

3Dプリント：SparkプラットフォームやPrint Studio、Emberとの連携でプリント前解析やモデル修復機能を提供。

8. 結論と展望
Fusion 360 は設計から製造までをクラウドで結び、50以上のファイル形式をサポート。小規模製品の開発に最適化されており、中国における「Fusion360産業チェーン」の構築は、製造業とデザインのイノベーション促進に不可欠と位置づけられる。

日本語訳

要旨
2016年にAutodesk社が発表したFusion 360は、産業デザイン、構造設計、機械シミュレーション、CAMを統合し、クロスプラットフォームかつクラウド経由でのコラボレーションと共有を可能にする設計プラットフォームである。従来の製品では設計と製造が分断されており、設計・研究開発の過程ではデザイナーとエンジニア間のコミュニケーションが異なるソフトウェア、ツールコマンド、さらには業界用語を介して行われてきた。また、設計意図と加工戦略との間の意思疎通にも困難があった。このため、複雑な製品設計およびR＆Dプロセスでは、設計モデルと実製品との間に顕著なギャップが生じることがある。製品開発プロセスは産業デザイン、機械設計、レンダリング・アニメーション、CAE（Computer Aided Emulation）、CAM（Computer Aided Manufacturing）など複数の主要領域を網羅する。Fusion 360は、クロスプラットフォーム間のデータ交換という技術的課題を解決し、地域を超えたコラボレーションを円滑に行うとともに、アートと製造、設計と加工の各フェーズ間に存在する障壁を打破する。また、「Fusion360産業チェーンのエコ開発」は、中国におけるメーカーおよび産業デザイナーのイノベーション推進において重要かつ不可避の潮流である。

1. 研究の背景と意義

（1）マルチ分野統合の発展動向
「Fusion（融合）」という名称が示すとおり、Fusion 360 は多くの関連技術を組み合わせている。たとえば Windows と Mac を統合し、ダイレクトモデリングとパラメトリックモデリングを混在させ、T-Splines モデリングと B-Rep（境界表現）モデリングを併用し、さらにデスクトップソフトウェアをクラウドコンピューティングに取り込んでいる。Fusion 360 はパラメトリックモデリングとダイレクトモデリングをシームレスに融合し、産業デザインに不可欠な自由度（ダイレクト編集の柔軟性）と、構造設計が求める履歴管理やパラメータ制御を同時に満たす。デザイナーは Mac／PC を問わず同一環境で製品開発を完結でき、両者間でのデータ交換も自在に行える。その結果、チームメンバー間の協働作業は「いつでも・どこでも・どのデバイスからでも」実現可能となる。

（2）デザイン3.0時代の特徴
中国経済が「製造（manufacturing）」から「創造（creation）」へと転換する中で、デザインイノベーションの影響力はますます顕著になっている。中国科学院前院長で全国人民代表大会常務委員会副委員長の呂永祥（Lu Yongxiang）氏は、第３次産業革命の潮流として「イノベーティブ・デザインが文明の持続可能な発展を牽引し、グリーン化・知能化・共有化・情報化ネットワーク化を特徴づける」と指摘している。中国は「イノベーション駆動力」の強化を国家戦略と位置づけ、その設計能力を高めて転換型発展を加速し、イノベーション大国を目指すべきである。呂氏はさらに、「デザイン1.0 は農耕社会の伝統的デザイン、2.0 は現代の工業化社会のモダンデザインを指し、3.0 はグローバル知識ネットワークと素材イノベーションの興隆に伴い生まれる新たなイノベーションを意味する」と解説している。Design by China はこのデザイン3.0時代をリードし、世界のデザイン潮流を牽引すべきである。

2. Autodesk Fusion 360 の機能モジュールと解析

Fusion 360 は、図 1 に示すように以下のワークスペース（機能モジュール）によって構成されています。

モデリング

ダイレクトモデリング技術により、フィーチャー付き／非フィーチャー（他CAD 系で作成された非パラメトリックモデル）を問わず、編集や追加がそのまま反映可能。モデル履歴への依存がなく、自由度の高い形状生成を実現します。

レンダリング

クラウドベースのフォトリアル・レンダリングとローカルのリアルタイムレイトレーシングを併用し、モデルに対して高品質なビジュアライゼーションを提供します。

接続ベースのアセンブリ

部品の“自由度”（Degrees of Freedom）を基に拘束を設定する方式で、従来のメタ拘束が乱発する問題を回避し、大規模アセンブリでも効率的に組立設計が行えます。

アニメーション

キーフレーム方式のタイムライン操作でストーリーボードやビュー、ラベルの変更を記録し、モデルの動作を可視化。ドラッグ操作でリアルタイムプレビューが可能です。

2D 図面

3D モデルと連動した 2D 図面を自動生成。モデルに変更があると図面も自動更新され、一貫性を保ちます。

シミュレーション

前処理→解法→後処理の CAE ワークフローを備え、静的応力、運動解析、熱応力解析などによりモデルの弱点を設計段階で検出。動力負荷下の駆動シミュレーションもサポートします。

CAM

2D/2.5D 加工、3 軸・マルチ軸加工、穴あけ、旋削など幅広いツールパス生成を実装。HSMWorks／Inventor HSM と共通の CAM カーネルを用い、高精度かつシミュレーション付きで最適な加工戦略を提供します。

3D プリント

Spark プラットフォームや Autodesk Print Studio、Autodesk Ember との連携機能を備え、プリント前のモデル解析・修復やプリント戦略設定を一元管理します。

3. モデリングの比較と例示

（1）パラメトリックモデリング

トップダウン設計：モデルを主要コンポーネントに分割し，さらにそれらをサブコンポーネントや部品へと細分化します。この過程では，各サブコンポーネント間の関連性および組み立て手法を明確にし，モデル全体の設計意図と必ず一致させる必要があります。製品の頻繁な修正に柔軟に対応でき，設計コンセプトに沿った開発が可能となります。

ボトムアップ設計：まず部品の詳細情報を決定し，段階的にサブコンポーネントを完成させ，次に主要コンポーネントを組み立て，最終的に製品全体の設計を仕上げます。しかし，この手法は設計意図を十分に反映できず，設計同士の衝突や誤りが生じやすく，柔軟性に欠けます。そのため，設計変更が少ない中後期工程などに適用される，広く用いられている方法です。
Fusion 360 は，トップダウンとボトムアップの両方のパラメトリック設計手法を取り入れ，スケルトンモデル，部品の流用（コンポーネントボローイング），および独自のセグメントモデリング手法をサポートしています。

（2）T-Splines モデリング
T-Splines モデリングは，NURBS とサブディビジョンサーフェスモデリング技術の特長を併せ持つ新しいモデリング手法です（図 2参照）。

（3）T-Splines と NURBS の比較
Fusion 360 のモデリングカーネルは Autodesk の ACIS ベースですが，そこに T-Splines カーネルを統合しています。NURBS モデリングより優れた技術があるとすればそれは T-Splines であり，従来の NURBS に比べてモデルのサーフェス制御点数を大幅に削減し，必要な箇所で細分化を行うことでモデリング速度を飛躍的に向上させます。図 3 は左から順に T-Splines，NURBS，メッシュで生成された椅子を示しており，T-Splines のパーティングラインがまばらかつ均一に配置され，モデル表面の品質が格段に良好であることがわかります。

4. クラウドレンダリングとローカルレンダリング
各種 3D モデリングソフトウェアは、それぞれ専用のレンダリング機能を備えています。簡易なものから高機能なものまで、リアル・フォトリアル、2D／3D いずれの用途にも対応可能です。Fusion 360 でも例外ではなく、膨大なマテリアルデータベースに加え、以下の二つのレンダリング方式をサポートしています。

ローカル Ray Tracing レンダリング
デスクトップ内でリアルタイムにレイトレーシングを行い、プレビューや最終出力を生成します。

クラウド ShowCase 360 レンダリング
クラウド上で高品質なフォトリアル画像を生成し、ローカルマシンへの負荷を軽減します。

さらに、Canvas 内部で行う“インナー・レンダリング”機能を備え、シーンをリアルタイムに反復レンダリングすることで、粗いビューポート表示から徐々に高精細なイメージへと仕上げていきます。図 4 の右下には、レンダリング時間、進捗、反復回数、品質設定を制御するアクションバーが表示されます。ビューを回転させると再計算が実行され、品質や反復回数はデフォルトのままでも、コマンドによる手動設定も可能です。図 5 は、Canvas 上のプレビュー品質と反復ごとの実際のレンダリング結果を “開始 – 中間 – 終了” の各段階で比較したものです。

5. 接続ベースのコンポーネント組立とアニメーション
組立設計の過程では、まずプロジェクトマネージャが必要情報をインポートし、部品リストを自動生成します。次に、拘束条件下で機械部品の駆動組立を実現します。部品同士は共通の座標系を基準に配置し、回転（Swivel）、スライダー（Slider）、シリンダー（Cylinder）、ピン・スロット（Pin Slot）、ボール（Ball）など、七種類のジョイントを設定可能です。各ジョイントには可動範囲制限を設定でき、移動量を数値で精密に指定することで、リアルタイムプレビューによる動作確認が行えます。組立コマンドは部品間の関係性をビジュアルに明示し、アニメーションモジュールと連携して組立アニメーションを生成します。図 6 は USB フラッシュディスクの組立例で、各コンポーネントの関係が一目で把握できます。

6. シミュレーション解析
Fusion 360 の典型的な CAE ワークフローは、前処理（Pre-processing） → 解法（Solving） → 後処理（Post-processing）の三段階で構成されます。

前処理：ジオメトリに物理特性や材料特性を割り当て、荷重や拘束条件を設定します。

解法：基本的な物理場を記述する数学モデルを適用して計算を実行します。

後処理：解析結果として変位、応力分布、熱流動などを可視化し、設計者に提示します。

Fusion 360 シミュレーションの利点は、プロトタイプを物理的に試作する前に設計の弱点を検出できる点にあり、製品開発コストの削減、開発期間の短縮、製品品質・耐久性の向上を同時に実現します。また、クラウドとローカル双方で解析結果を確認できるため、早期段階での設計最適化が容易です。図 7 は著者作成のバックルモデルに対する静的応力解析例で、変位クラウドと応力クラウド、ならびにメッシュ表示を示しています。

7. CAM と 3D プリント
（1）CAM
Fusion 360 の CAM ワークスペースには、2D／2.5D 加工、3 軸加工、ドリル加工、多軸加工、旋削など、幅広いツールパス設定が用意されています。開発は継続的に行われており、多軸加工機能もツールバーに追加されたばかりです。

2 軸／2.5 軸加工：ドリル加工、内外形状加工、サーフェス加工を含み、加工シミュレーションと CNC プログラミングをサポート。HSMWorks／Inventor HSM™ と同一の CAM カーネルを用い、最適化された工具経路を高速に生成します。

3 軸加工：ラフ → 半仕上げ → 仕上げの各加工フェーズに対応する工具経路を生成。

加工シミュレーション：工具の動きをアニメーションで再現し、衝突チェックや切削量の可視化を行います。

図 8 は 2D ミリングと 3D ミリングの比較例です。Fusion 360 はファナック、シーメンス、DMG、Haas など中国国内外の主要 CNC システムを含む数百種類の制御装置に対応し、ポスト処理に応じた G コードを出力します。

（2）3D プリント
Autodesk® Print Studio（Spark プラットフォーム対応）や Autodesk Ember™ との連携により、プリント前のモデル解析・修復機能を提供します。図 9 のように、モデル全体が赤く表示される場合はエラーを示し、青ければ問題なくプリント可能です。Print Studio 上でサポート材の自動生成やモデルの穴埋めも行えます。

8. 結論と展望
Fusion 360 は、設計／製造、レンダリング／解析、クラウドコンピューティング／共同管理を一つに統合し、50 を超えるドキュメント形式をサポートすることで、小規模製品の開発に最適化されたプラットフォームです。社会全体および各分野におけるイノベーション推進の観点から、「Fusion360 産業チェーンのエコ開発」は、中国の製造業と産業デザイン分野におけるイノベーションを促進する重要かつ不可避の潮流であると結論付けられます

 

中国では機械設計ではfusion360が使われていますか？

はい。Fusion 360 は中国でも機械設計用途で利用されています。

Autodesk 中国公式サイトでは、「机械师」「设计与制造团队」を主要ターゲットに掲げ、中国語 UI やクラウドコラボレーション機能を整備した上で提供されています
autodesk.com.cn
。

北京での利用報告もあり、現地ユーザーが問題なくダウンロード・インストールし、CAM アドイン（Slice）まで活用できることが確認されています
Autodesk Forums
。

求人動向を見ても、中国向け業務の求人で「CATIA、Fusion 360 等での機械設計や解析経験」を求めるケースがあり、実務レベルで一定の需要があることがうかがえます
マイナビ転職
。

ただし、大手自動車メーカーや航空宇宙分野のプロジェクトでは依然として CATIA や Siemens NX が主流ですが、

中小製造業・受託加工メーカー

スタートアップやハードウェアプロトタイピング

教育機関やメーカースペース

といった領域では、クラウド対応やCAM統合の手軽さから Fusion 360 の採用が着実に広がっています。

 

NURBS モデリング、 T-Splines について教えてください

**NURBS モデリング（非一様有理Bスプライン）**

1. **定義と概要**
Non-Uniform Rational B-Splines（NURBS）は、B-スプライン（Bézier曲線の一般化）に「非一様」なノットベクトルと「有理」な重み付けを導入した曲線・曲面表現手法です。コンピュータグラフィックスやCAD/CAM/CAE で標準的に用いられ、線形から円錐曲面、複雑な自由曲面まで一つのモデルで高精度に表現できます ([ウィキペディア][1], [www.rhino3d.com][2])。

2. **数学的要素**

* **制御点（Control Points）**：モデル形状を定義する点群。
* **ノットベクトル（Knot Vector）**：パラメータ領域の区切りを示す数値列。
* **重み（Weights）**：各制御点に割り当てられるスカラー値。重みを変えることで円や楕円などの正確な円錐曲線が表現可能になります。
* **基底関数**

C(u)=∑ki=1Ni,n(u)wiPi∑ki=1Ni,n(u)wi

ここで Ni,n は B-スプライン基底関数，Pi は制御点，wi は重みです ([ウィキペディア][1])。

3. **主な特長**

* **高い精度と柔軟性**：解析的形状（円錐，円柱など）と自由形状の両方を一貫して扱える。
* **局所支持性（Local Support）**：ある制御点を変更しても，影響はその近傍パラメータ区間内に限定。局所的な修正が容易です ([ウィキペディア][1])。
* **産業標準**：IGES、STEP、ACIS など多くのフォーマットで採用され，CAD/CAM/CAE の共通基盤となっている。
* **計算効率**：安定的なアルゴリズムで高速に評価可能。

4. **応用例**

* 伝統的な機械部品の設計（エンジン部品，金型部品）
* 建築や自動車のボディ設計
* 医療機器や航空宇宙部品

—

**T-Splines モデリング**

1. **定義と概要**
T-Splines は，NURBS の利点を継承しつつ，“T” 字型の制御グリッド構造を許すことで，制御点の局所的リファインメント（細分化）を可能にした自由曲面モデリング技術です ([ウィキペディア][3])。

2. **制御グリッドの特徴**

* **T-ジャンクション**：ある行列の制御点列を途中で終端させられるため，従来の NURBS のように全体を矩形グリッドで揃える必要がありません。
* **局所細分化**：必要な部分だけ細かく制御点を追加・削除でき，大規模なグリッド全体を再生成する手間が不要です。

3. **主な特長**

* **制御点削減**：同等の滑らかさを保ちながら，NURBS と比べて制御点数を大幅に減少可能。
* **有機形状の効率的生成**：家具デザインやキャラクターモデリングなど，オーガニックな複雑形状を直感的に作成しやすい。
* **互換性**：必要に応じて T-Splines → NURBS へ変換（ノット挿入）したり，逆に T 字を除去して純粋な NURBS モデルとして扱うことも可能。

4. **歴史とエコシステム**

* 2003年に Thomas W. Sederberg らが SIGGRAPH で提案。
* 2004年に T-Splines, Inc. 設立，2011年に Autodesk が技術資産を買収。
* 2024年には主要特許（US 7,274,364）が期限切れとなり，より広範なソフトウェアでの採用が進んでいます ([ウィキペディア][3])。

—

**NURBS と T-Splines の比較**

| 特徴 | NURBS | T-Splines |
| ——- | ————– | ————————- |
| 制御点グリッド | 全体が矩形グリッド | T 字型の不規則グリッドを許容 |
| 制御点数 | 複雑形状では急増 | 局所的に細分化し，総数を削減 |
| 編集の自由度 | 大規模グリッドの再編成が必要 | 部分的な調整のみで局所編集が可能 |
| 主な用途 | 機械部品など高精度設計 | 家具，プロダクトデザイン，キャラクターなど有機形状 |

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**まとめ**

* **NURBS** は産業用途の高精度設計に不可欠な基盤技術であり，多くの CAD/CAM 系ソフトで標準サポートされています。
* **T-Splines** は NURBS の制約を克服し，より少ない制御点で複雑有機形状を直感的に設計できる先進手法です。
* Fusion 360 をはじめ，近年の多くの CAD ツールは両者をシームレスに切り替え・併用できるワークフローを提供しており，用途に応じて使い分けが可能です。

[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Non-uniform_rational_B-spline?utm_source=chatgpt.com “Non-uniform rational B-spline”
[2]: https://www.rhino3d.com/nurbs?utm_source=chatgpt.com “What are NURBS? – Rhino”
[3]: https://en.wikipedia.org/wiki/T-spline?utm_source=chatgpt.com “T-spline”