機構解析ソフトとは？動きと荷重を予測する仕組みや種類、できること、選び方までをわかりやすく解説！

機構解析ソフトは、動く機構の挙動を試作の前に計算で確かめるためのソフトです。ここでは、定義、機構解析で確認できること、製品の種類を順に押さえます。

機構解析ソフトの定義

機構解析ソフトは、リンク・歯車・カム・ばねなどでつながった部品の動きを計算するソフトウェアです。機構全体の運動に加えて、各部にかかる力や振動を予測できます。部品をボディとして扱う点が特徴です。

Working Model 2Dは、米国DSTの2D運動解析ソフトです。ピンジョイントやモーター、ばねでリンク機構を組み、力やトルクを確認できます。

機構解析で確認できること

機構解析では、可動範囲・速度・加速度、関節やモーターにかかる荷重、振動や衝撃を確認できます。用途は、装置の動作確認や、モーターの必要トルクの見積もりなどです。

Simcenter MotionSolveは、機構全体の解析から荷重の時刻歴を取り出せます。その荷重を、強度・耐久・疲労の解析に渡せる点が特徴です。SimWise 4Dは、部品の干渉や衝突の確認にも使えます。

機構解析ソフトの4つの種類

製品は、編集部の整理では得意な役割で大きく4つに分けられます。1つ目は、汎用のマルチボディ解析型です。SIMULIA SimpackとSimcenter MotionSolveが該当します。

2つ目は、分野特化型です。パワートレインはAVL EXCITE M、乗員安全はSimcenter Madymoが対象です。サスペンションのK&C試験には、SuspensionSimがあります。

CAD連携型とシステムモデリング型の機構解析ソフト

3つ目は、設計者が手元のCADデータで動きを確かめるCAD連携型の運動解析です。SimWise 4Dは、3D CADのデータを読み込めます。Working Model 2Dは、2DのDXFを読み込めます。

4つ目は、制御やマルチドメインのモデルと組み合わせるシステムモデリング型です。MapleSimが該当します。電気・機械・熱・流体などを同じ環境で扱える製品です。一般的な装置か、車両や動力系かで、候補は変わります。

編集部メモ：応力や変形の詳細を調べたい場合は、機構解析ソフトではなく構造解析ソフトの領域です。一方で、機構解析で求めた荷重を構造解析や耐久解析に渡す使い方もあります。

機構解析ソフトの利点は、動く機構の挙動を、試作の前に数値と動画で確かめられる点です。現場の設計者が感じやすい利点は、次の4つです。

• 試作前に動きと可動範囲を確認できる
• 必要なトルクや荷重を数値で把握できる
• 制御や応力の検討へ続けて進められる
• 設計変更の影響を早く比べられる

試作前に動きと可動範囲を確認できる

リンク機構やカム機構は、図面だけでは動きの全体像をつかみにくいものです。計算で動かして確かめると、可動範囲や部品の干渉を試作の前に見つけられます。結果をアニメーションで見られるため、社内への説明にも使いやすいでしょう。

SimWise 4Dは、物理ベースのアニメーションで組立品の動きを示せます。Working Model 2Dは、ピンジョイントやスロットでリンクを組む製品です。構想段階の動きを、素早く確かめられます。

必要なトルクや荷重を数値で把握できる

モーターの選定や軸受の検討では、動作中にかかる力の大きさが判断材料になります。機構解析なら、関節やアクチュエーターにかかる荷重を時間の流れに沿って確認できます。経験と手計算だけに頼らずに済むでしょう。

Working Model 2Dは、任意の物体の力・トルク・加速度を、ベクトルや数値で示します。AVL EXCITE Mは、軸受や歯車対の荷重を、接触と構造変形を含めて計算する製品です。

制御や応力の検討へ続けて進められる

機構の解析結果は、その先の検討にも使えます。制御と組み合わせた動作検証や、荷重を使った強度の検討へ、同じモデルのまま進められる製品があります。検証のたびにモデルを作り直さずに済む点が利点です。

SimWise 4Dは、運動で生じる動的荷重から部品の応力を計算できます。MapleSimは、機構と電気・制御を1つのモデルで扱えます。Simcenter Madymoは、MATLAB/Simulinkとの連成に対応する製品です。

設計変更の影響を早く比べられる

寸法やばね定数、減衰を変えた場合の違いを、条件ごとに計算で比べられます。物理試作を何度も作り直すより、検討の回数を増やしやすくなります。複数案を並べて比べたい設計初期に向く使い方です。

SuspensionSimは、サンプルを複製してパラメータを変え、バリアントを作れます。SIMULIA Simpackは、自動車・エンジン向けに、パラメータ化されたモデルを備えます。

機構解析ソフトには、導入前に確認したい制約があります。ただし、解析の目的を絞ることや、製品の組み合わせで対処できる面があります。

• モデルづくりに専門知識が要る
• 応力や変形の詳細は別のソフトが必要
• 価格が公開されず比較しにくい

モデルづくりに専門知識が要る

機構解析は、ジョイントの種類や拘束条件、接触の設定を自分で決めてモデルを組みます。設定を誤ると、動きは出ても結果の信頼性が下がります。分野別の機能が豊富な製品は、使いこなすまでに学習の時間が必要です。

SIMULIA Simpackは、用途に合う分野別の機能を選ぶ必要があります。対処として、まず簡単な機構で動作の見え方を確かめましょう。Working Model 2Dのような2Dの製品から始める方法もあります。

応力や変形の詳細は別のソフトが必要

機構解析は、部品どうしがつながった機構の動きと力が中心です。部品内部の応力分布や変形の詳細は、構造解析ソフトの領域になります。一つのソフトで両方を済ませたいと考えると、期待とずれる場合もあるでしょう。

SimWise 4DのFEAは、線形静解析・固有値・定常熱・座屈に限られます。非線形の構造解析は、別のソフトが必要です。対処として、荷重を耐久解析に渡せる製品を選ぶ方法があります。Simcenter MotionSolveが一例です。

価格が公開されず比較しにくい

2026年時点で、本記事で扱う8製品のうち、公式に金額を確認できたのは2製品です。SimWise 4DとWorking Model 2Dが該当し、どちらも米ドル建てです。円建てと無償の明記はありません。MapleSimには、15日間の無料評価版があります。残りの6製品は、構成やライセンス形態によって、見積もりや問い合わせでの確認が必要です。

対処として、解析したい機構と必要な機能を整理し、複数社に同じ条件で見積もりを依頼します。費用の考え方は、機構解析ソフトの価格・見積もりの記事で解説しています。

機構解析ソフトの機能は、大きく5つに分かれます。どこまでを標準で備えるかは、製品によって異なります。

• 運動と荷重の計算：機構の運動を解き、速度・加速度や関節の荷重を求める
• 剛体・弾性体の扱い：剛体に弾性変形を加え、剛性が荷重に与える影響を見る
• 接触・摩擦のモデル：部品間の衝撃・すき間・すべりを計算する
• CADデータの読み込み：3D CADや2D CADの形状を取り込み、モデルを組む
• 制御・リアルタイム連携：制御シミュレーションと連成し、HILなどの試験にも使う

運動と荷重の計算

運動と荷重の計算は、機構解析の土台にあたる機能です。部品の位置から速度・加速度を求め、関節やモーターにかかる力を時間順に出すのが基本です。結果は、数値、グラフ、ベクトル、アニメーションで確認できます。

Simcenter MotionSolveは、運動学から振動まで、6種類の解析に対応しています。Working Model 2Dは、任意の物体の力・トルク・加速度を数値やグラフで示せる製品です。

剛体・弾性体の扱い

剛体だけの解析では、部品の変形による荷重の変化は見られません。弾性体を取り込むと、剛性やたわみが荷重に与える影響まで計算できます。取り込み方は、FEMで作った弾性体を使う方式と、製品内で作る方式の2通りです。

SIMULIA Simpackは、一般的なFEMコードから弾性体を取り込めます。AVL EXCITE Mは、統合されたComponent Modelerで弾性体を作成する方式です。Simcenter MotionSolveは、線形・非線形の弾性体に対応します。

接触・摩擦のモデル

接触・摩擦のモデルは、部品どうしがぶつかる、こすれる、すき間を移動する動きを再現する機能です。ギアのかみ合いや、リンクの衝突を含む機構で、実機に近い荷重を求めるときに必要です。

Simcenter MotionSolveは、部品間の衝撃・すき間・すべりを扱えます。Working Model 2Dは、NURBS形状の自動衝突検出と応答を備えています。AVL EXCITE Mは、すべり軸受や歯車対の接触と潤滑を同時に解く製品です。

CADデータの読み込み

CADデータを読み込めると、形状や質量を一から入力する手間が減ります。3D CADの変更に追従できる製品なら、設計変更後にモデルを組み直す作業も抑えられます。対応するCADの種類は、製品ごとに確認が必要です。

SimWise 4Dは、SOLIDWORKSやNXなど、6種類のCADを直接開けます。Working Model 2Dは、2D CADのDXFを読み込めます。AVL EXCITE Mは、CADとの連携が製品ページに記載されていません。

制御・リアルタイム連携

制御シミュレーションと連成すると、機構と制御を組み合わせた動作を検証できます。モデルをHIL（実機の制御器をつなぐ試験）などのリアルタイム環境で動かす用途もあります。連携できるツールの種類は、製品ごとに確認が必要です。

SIMULIA Simpackは、コードを生成せずにHILでモデルを実行できます。MapleSimは、リアルタイム用のコードを生成できます。SimWise 4Dは、Simulinkとの連成にも対応する製品です。

機構解析ソフトを使う場面は、解析する機構の種類と、担当者の立場で変わります。ここでは、5つの立場ごとに代表的な場面を挙げます。

構想段階でリンク機構の動きを確かめる設計者

手計算で追いきれないリンク機構の力や速度を、構想段階で手早く確かめたい場面です。少人数の設計部門でも始めやすい、2Dの製品が候補になります。3Dの組立品まで扱う必要があるかも、確認したい点です。

Working Model 2Dは、ピンジョイントやモーター、ばね、ダンパーでリンク機構を組めます。解析は2次元に限られるため、立体的な機構には向きません。

モーターやアクチュエーターを選ぶ機械設計者

装置の動作に必要なトルクや荷重を見積もり、駆動部品を選ぶ場面です。計算で求めた値があれば、容量の不足や過剰を試作の前に見直せます。3D CADの組立品をそのまま使えるかも、判断材料にもなるでしょう。

SimWise 4Dは、主要な3D CADの組立品を直接開けます。運動で生じる荷重と応力まで、一度に確認できます。MapleSimは、機構と電気・駆動系を合わせて検討したい場合に向く製品です。

車両や動力系を開発する解析担当者

車両のサスペンションやエンジン、トランスミッションなど、分野に特化した解析を行う場面です。対象の分野に専用の機能がある製品が、選定の中心になります。

SuspensionSimは、サスペンションのK&C特性を試作前に確かめる製品です。AVL EXCITE Mは、パワートレインのNVHや耐久を予測します。Simcenter Madymoは、衝突試験の前に、ダミーの挙動を予測します。

耐久・疲労の荷重を求める強度解析の担当者

構造解析や疲労解析に渡す荷重を、機構全体の解析から求める場面です。部品単体では分からない、動作中の荷重の時間変化を使えます。荷重を後続の解析へ渡せるかが、確認したい点です。

Simcenter MotionSolveは、荷重時刻歴を計算できます。その結果を、強度・耐久・疲労の解析に渡せます。SIMULIA Simpackは、鉄道車両や風力タービンなど、動力伝達系の解析にも使える製品です。

制御と機構を合わせて検証する制御設計者

制御系と機構を組み合わせて、動作を検証する場面です。実機の前に制御を試せるため、制御設計の手戻りを抑えられます。制御ツールとの連成方式と、リアルタイム実行の可否は、選定の前に確認したい点です。

MapleSimは、制御設計のツールボックスを備えます。PID制御から状態フィードバック制御まで設計できます。SimWise 4Dは、Simulinkに機械系のブロックを置いて連成できる製品です。

機構解析ソフトの費用は、ライセンスの形態や構成、追加の機能で変わるため、価格帯の目安は示せません。2026年時点で、本記事で扱う8製品のうち、公式に金額を確認できたのは2製品です。件数は、公式のページで金額または無償の明記を確認できた製品を数えています。2製品はどちらも米ドル建てで、円建ての金額と、無償と明記された製品は0です。

SimWise 4DとWorking Model 2Dは、米ドル建ての国際価格表を公開しています。価格表は2025年1月1日付です。ノードロックの永続ライセンスは、Working Model 2Dの1ユーザーが4,315米ドルです。SimWise 4Dの基本構成は7,195米ドルとなっています。円には換算していません。日本円の価格は公式サイトになく、日本の販売店としてNihon VI-gradeが載っています。DSTのSimWiseのサブスクリプション購入画面に、日本では利用できないとの表示がありました。取得環境による可能性があります。MapleSimには、15日間の無料評価版があります。ほかの6製品は、見積もりでの確認が必要です。製品の一覧は、機構解析ソフトのカテゴリページで確認できます。内訳や要因は、機構解析ソフトの価格・見積もりの記事で解説しています。

どちらも、設計案を試作の前に計算で確かめるシミュレーションです。違いは、動きと力を見るのか、部品の応力と変形を見るのかにあります。次の表で相違点を整理しました。

機構の解析と応力の解析は、役割が分かれています。SimWise 4Dは、運動解析とFEAを連成した製品です。動的荷重から応力まで求められます。ロボットの動作プログラムの作成は、ロボットシミュレータの領域です。

機構解析ソフトの効果は、解析したい機構の種類と、モデルを作る社内の体制で変わります。向いている企業と向いていない企業を、理由とあわせて整理します。

機構解析ソフトの導入が向いている企業

可動部のある装置や製品を開発し、試作の回数を減らしたい企業です。動きや荷重を計算で確認できれば、手戻りを早い段階で見つけられるためです。モーターや軸受の容量を、数値を根拠に選びたい企業にも合います。

選定の手順は機構解析ソフトの選び方の記事で、製品の並べ方は機構解析ソフトの比較記事で確認できます。メーカーごとの違いは、機構解析ソフトのメーカー6社の特徴の記事をご覧ください。

機構解析ソフトの導入が向いていない企業

可動部が少なく、手計算や3D CADの既存機能で足りる企業は、効果が小さくなる可能性があります。モデルを作って結果を読む担当者を置けない企業も、使いこなせずに終わるおそれがあります。

部品の応力や変形の詳細が主な関心なら、構造解析ソフトを検討したほうがよいでしょう。公開された価格で比べてから決めたい企業にも、向きにくい面があります。公式に金額を確認できたのは8製品中2製品で、円建てはないためです。

機構解析ソフトは、つながった部品の動きを計算するソフトです。機構全体の運動と各部の荷重、振動を、試作の前に予測できます。主な機能は、次の5つです。

• 運動と荷重の計算
• 剛体・弾性体の扱い
• 接触・摩擦のモデル
• CADデータの読み込み
• 制御・リアルタイム連携

選定では、解析したい機構が3Dか2Dか、剛体だけか弾性体も含むかを確認します。あわせて、CADデータの読み込みと制御シミュレーションとの連携も整理しましょう。今回扱った8製品のうち、公式に金額を確認できたのは米ドル建ての2製品だけです。早めに問い合わせてください。応力や変形の詳細は、構造解析ソフトの役割です。