こ の 事 業 は 、 競 輪 の 補 助 金 を 受 け て 実 施 し た も の で す 。 URL : http://keirin.jp/
システム技術開発調査研究 18−R−10
価値創造型ものづくり力強化に資する
協調型フロントローディング設計支援技術開発 に関する調査研究
報 告 書
平成 19 年 3 月
財団法人 機械システム振興協会
委託先 社団法人日本産業機械工業会
序
わ が 国 経 済 の 安 定 成 長 へ の 推 進 に あ た り 、 機 械 情 報 産 業 を め ぐ る 経 済 的 、 社 会 的 諸 条 件 は 急 速 な 変 化 を 見 せ て お り 、 社 会 生 活 に お け る 環 境 、 防 災 、 都 市 、 住 宅 、 福 祉 、 教 育 等 、 直 面 す る 問 題 の 解 決 を 図 る た め に は 、 技 術 開 発 力 の 強 化 に 加 え て 、 ま す ま す 多 様 化 、 高 度 化 す る 社 会 的 ニ ー ズ に 適 応 す る 機 械 情 報 シ ス テ ム の 研 究 開 発 が 必 要 で あ り ま す 。
こ の よ う な 社 会 情 勢 に 対 応 し 、 各 方 面 の 要 請 に 応 え る た め 、 財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 で は 、 日 本 自 転 車 振 興 会 か ら 機 械 工 業 振 興 資 金 の 交 付 を 受 け て 、 機 械 シ ス テ ム の 調 査 研 究 等 に 関 す る 補 助 事 業 、 新 機 械 シ ス テ ム 普 及 促 進 補 助 事 業 を 実 施 し て お り ま す 。 特 に 、 シ ス テ ム 開 発 に 関 す る 事 業 を 効 果 的 に 推 進 す る た め に は 、 国 内 外 に お け る 先 端 技 術 、 あ る い は シ ス テ ム 統 合 化 技 術 に 関 す る 調 査 研 究 を 先 行 し て 実 施 す る 必 要 が あ り ま す の で 、当 協 会 に 総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会( 委 員 長 政 策 研 究 院 リ サ ー チ フ ェ ロ ー 藤 正 巖 氏 ) を 設 置 し 、 同 委 員 会 の ご 指 導 の も と に シ ス テ ム 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 事 業 を 実 施 し て お り ま す 。
こ の 「 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 協 調 型 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 報 告 書 」 は 、 上 記 事 業 の 一 環 と し て 、 当 協 会 が 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 に 委 託 し て 実 施 し た 調 査 研 究 の 成 果 で あ り ま す 。
今 後 、 機 械 情 報 産 業 に 関 す る 諸 施 策 が 展 開 さ れ て い く う え で 、 本 調 査 研 究 の 成 果 が 一 つ の 礎 石 と し て 役 立 て ば 幸 い で あ り ま す 。
平 成 1 9 年 3 月
財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会
はじめに
本 報 告 書 は 、 財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会 よ り 、 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 が 平 成 18年 度 事 業 と し て 受 託 し た「 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 協 調 型 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 開 発 に 関 す る 調 査 研 究 」 の 成 果 を ま と め た も の で あ る 。
日 本 の 景 気 は 2002 年 以 来 、4 年 近 く に わ た っ て 回 復 傾 向 を 見 せ て い る 。 製 造 業 に お い て は 、 生 産 が 堅 調 な 伸 び を 見 せ る と と も に 事 業 の 統 廃 合 に よ る 設 備 の 集 約 化 等 が 進 み 、 そ れ ら を 受 け た 好 調 な 企 業 収 益 を 背 景 に 設 備 投 資 を 伸 ば し 、 さ ら に 収 益 を 伸 ば す と い う 好 循 環 が 生 ま れ て い る 。
経 済 成 長 の 牽 引 力 と な っ て い る 我 が 国 の も の づ く り の 強 み は 、 現 場 の 優 秀 な 技 術 者 、 技 能 者 が 設 計 思 想 を 理 解 し 、 も の づ く り 現 場 情 報 を 設 計 に フ ィ ー ド バ ッ ク す る こ と で 、 高 い 精 度 と 信 頼 性 を 有 す る 製 品 を 作 り 上 げ て き た 「 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 」 に あ り 、 も の づ く り 現 場 で の 膨 大 な 知 識 や ノ ウ ハ ウ の 集 積 に 加 え て 、シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 、CAD/CAM/CAE、生 産 管 理 シ ス テ ム 等 に 代 表 さ れ るITの 利 活 用 に よ っ て さ ら な る 効 率 化 、進 化 を 遂 げ て き た 。 今 後 、IT等 の 科 学 技 術 を 取 り 入 れ た も の づ く り で 先 行 し て い る 欧 米 や 、個 々 の 要 素 を 組 み 合 わ せ る こ と に よ っ て 製 品 を 作 る 、 い わ ゆ る 組 み 合 わ せ ( モ ジ ュ ラ ー ) 型 も の づ く り で 急 成 長 し て い る 中 国 に 対 抗 し 、 部 材 か ら 巨 大 機 械 シ ス テ ム ま で 含 め た も の づ く り の 国 際 競 争 力 を 維 持 し 続 け る た め に は 、 現 場 の 個 々 人 の 優 れ た 管 理 能 力 や 技 量 の み に 依 存 せ ず 、 日 本 型 も の づ く り に 適 応 し た 科 学 技 術 、 例 え ば 日 本 の も の づ く り プ ロ セ ス に 合 わ せ た 設 計 ・ 製 造 支 援 シ ス テ ム 等 に よ っ て さ ら に 日 本 型 も の づ く り を 強 化 す る こ と が 必 要 で あ る 。
一 方 、 発 電 所 、 航 空 機 、 ロ ケ ッ ト 等 の 施 設 や 巨 大 な 機 械 シ ス テ ム を 製 造 構 築 し て い く 上 で も っ と も 大 切 な こ と は 、 社 会 と 国 民 の 安 全 ・ 安 心 で あ る 。 こ れ ら は そ の 巨 大 さ ゆ え に 試 作 機 等 に よ る 事 前 の 評 価 が 困 難 で あ り 、 計 測 、 設 計 、 材 料 、 加 工 、 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 、 モ ニ タ リ ン グ 等 の あ ら ゆ る 要 素 技 術 を イ ン テ グ レ ー ト し 、 さ ら に は 過 去 に 経 験 し た 故 障 ・ 事 故 情 報 や 劣 化 診 断 報 告 等 の メ ン テ ナ ン ス 情 報 の 共 有 化 と 活 用 に よ り 、 構 想 段 階 に お い て 機 械 シ ス テ ム の 信 頼 性 に 関 連 す る 要 因 等 を 利 活 用 す る 「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 」 を 実 現 す る こ と が 重 要 で あ る 。
こ の よ う な 社 会 情 勢 の 中 、 本 調 査 研 究 で は 、「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 」 と 「 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 」 の 2つ を キ ー ワ ー ド に 、設 計 品 質 の 向 上 、安 全 ・安 心 の 確 保 、 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る 設 計 を 支 援 す る 技 術 開 発 の 動 向 を 調 査 す る と と も に 、 そ の 課 題 と 展 望 を 明 ら か に す る も の で あ る 。本 調 査 研 究 の 成 果 が 、「 強 い 経 済 と 安 心 な 社 会 」を も た ら す 一 助 と な れ ば 幸 い で あ る 。
平 成 19年 3月
社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会
目 次 序
は じ め に
1 調 査 研 究 の 目 的··· 1
2 調 査 研 究 の 実 施 体 制··· 2
3 調 査 研 究 の 内 容···10
第 1 部 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 研 究 ··· 11
1. 調 査 の 背 景··· 13
1.1 機 械 シ ス テ ム の 信 頼 性 向 上 の た め の フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 技 術 の 重 要 性··· 13
1.2 本 調 査 研 究 の ポ イ ン ト··· 14
1.3 設 計 ・ 構 成 の 学 ··· 15
1.4 本 章 で 検 討 す る 課 題 と そ れ ぞ れ に 関 連 す る 従 前 の 調 査 研 究 ・ 開 発 状 況··· 16
2. 実 機 対 応 評 価 方 法 の 調 査 ・ 検 討 ··· 17
2.1 実 機 対 応 試 験 技 術 の 考 え 方··· 17
2.1.1 摩 擦 面 の 経 時 変 化 観 察 と そ の 解 析 ··· 20
2.2 電 力 プ ラ ン ト に お け る 主 要 な 劣 化 現 象··· 32
2.3 フ レ ッ テ ィ ン グ と そ の 試 験 ・ 評 価 技 術··· 35
2.3.1 フ レ ッ テ ィ ン グ··· 35
2.3.2 フ レ ッ テ ィ ン グ 対 策 、 実 機 に お け る 評 価··· 36
2.3.3 フ レ ッ テ ィ ン グ の 実 機 対 応 試 験 評 価 と そ の 設 計 へ の 活 用··· 40
2.4 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン と そ の 試 験 ・ 評 価 技 術··· 45
2.4.1 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン··· 45
2.4.2 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン 対 策 、 実 機 に お け る 評 価··· 55
2.4.3 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン の 実 機 対 応 試 験 評 価 と そ の 設 計 へ の 活 用··· 58
2.5 そ の 他 の 劣 化 事 象 と そ の 試 験 ・ 評 価 技 術··· 61
2.6 実 機 対 応 試 験 技 術 の 今 後 の 課 題 と 展 望··· 67
3. 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAEの 調 査 ・ 検 討··· 70
3.1 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 考 え 方··· 71
3.2 タ ー ビ ン 設 計 に お け る 実 機 対 応 CAE 技 術··· 76
3.3 CAE と 事 前 ・ 事 後 解 析··· 80
3.4 CAE と 設 計 ··· 85
3.4.1 最 適 設 計··· 85
3.4.2 ス ケ ー ル ア ッ プ 設 計··· 92
3.5 電 力 プ ラ ン ト 設 計 に お け る 主 要 劣 化 要 因 と CAE ··· 97
3.6 水 滴 エ ロ ー ジ ョ ン と 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE技 術 ···101
3.7 フ レ ッ テ ィ ン グ と 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE技 術 ··· 117
3.8 マ ル チ ク ラ イ テ リ ア 電 力 プ ラ ン ト 設 計 シ ス テ ム···121
3.9 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 今 後 の 課 題 と 展 望 ···125
4. 情 報 活 用 技 術 の 開 発 に 関 す る 調 査 ・ 検 討···134
4.1 メ ン テ ナ ン ス 情 報 活 用 プ ロ セ ス の 開 発···134
4.1.1 情 報 活 用 プ ロ セ ス の 考 え 方 ···134
4.1.2 情 報 活 用 プ ロ セ ス の 分 析 の モ デ ル 化 ···136
4.1.3 情 報 活 用 プ ロ セ ス の 検 証 ···142
4.1.4 ナ レ ッ ジ マ ネ ジ メ ン ト に よ る シ ス テ ム 構 築 に 向 け て···161
4.1.5 メ ン テ ナ ン ス デ ー タ の 標 準 化 ···163
4.2 メ ン テ ナ ン ス 情 報 の 共 有 化···167
4.2.1 デ ー タ ベ ー ス の 運 用 の 現 状 ···167
4.2.2 情 報 共 有 化 の 条 件···175
4.2.3 情 報 共 有 化 の 枠 組 み 《 石 油 ・ 石 化 プ ラ ン ト 機 器 》···177
4.2.4 情 報 共 有 化 の 枠 組 み 《 電 力 プ ラ ン ト 機 器 》···180
4.3 情 報 活 用 技 術 の 今 後 の 課 題 お よ び 展 開···183
4.3.1 情 報 活 用 プ ロ セ ス の 課 題 と 提 言 ···183
4.3.2 情 報 共 有 化 の 課 題 と 提 言 ···183
5. フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 の 統 合 環 境 に 関 す る 開 発 動 向 調 査···197
5.1 設 計 統 合 環 境 の 動 向···197
5.1.1 iSiGHT-FD ···197
5.1.2 MSC SimEnterprise ···201
5.1.3 ShareFast···204
5.2 設 計 統 合 へ の 要 求···206
第 2 部 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 に 関 す る 調 査 研 究···209
1. 調 査 の 背 景··· 211
1.1 日 本 優 位 の も の づ く り 戦 略 を 支 え る 設 計 の 特 徴 と そ の 問 題 点 ···212
1.2 我 が 国 と 欧 米 と の 設 計 負 荷 の 比 較···214
1.3 設 計 品 質 問 題 ···215
1.4 設 計 品 質 問 題 を 打 破 す る 設 計 支 援 技 術···217
2. 標 準 化 支 援 IT 技 術 の 調 査 ・ 検 討···219
2.1 構 想 設 計 支 援 技 術 ···219
2.2 設 計 検 証 技 術 ···222
3. 現 物 融 合 化 IT 技 術 の 調 査 ・ 検 討···225
3.1 現 物 融 合 設 計 技 術 の 概 要 ···225
3.2 産 業 用 X 線CT 装 置 の 技 術 動 向 ···228
3.3 CT 活 用 デ ジ タ ル 技 術···228
4. コ ラ ボ レ ー シ ョ ン 支 援 IT 技 術 の 調 査 ・ 検 討···229
4.1 構 想 設 計 に お け る 擦 り 合 わ せ 支 援···230
4.2 機 械 ・ 電 気 ・ ソ フ ト 系 の 擦 り 合 わ せ 支 援···231
4.3 自 動 車 業 界 の 開 発 事 例 ···232
5. 今 後 の 課 題 お よ び 展 開···233
5.1 我 が 国 に お け る 設 計 支 援 技 術 開 発 の 阻 害 要 因···233
5.2 海 外 の 取 り 組 み ···234
5.3 提 案 す る 技 術 要 素 の 優 先 順 位···238
5.4 プ ロ ジ ェ ク ト 体 制 の 提 案 ···239
6. 関 連 研 究 事 例···240
6.1 設 計 初 期 段 階 に お け る 知 的 創 造 プ ロ セ ス の 支 援···240
6.2 シ ス テ ム の 複 雑 化 と 最 適 設 計···241
6.3 製 品 開 発 に お け る 上 流 設 計 の 重 要 性 と そ の 方 法···242
6.4 設 計 環 境 ワ ー ク シ ョ ッ プ ···245
6.5 海 外 の プ ロ ジ ェ ク ト 事 例 ···247
4 調 査 研 究 の 成 果 ( ま と め ) ··· 253
4.1 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 研 究···253
4.1.1 実 機 対 応 試 験 技 術 の 調 査 ・ 検 討 ···253
4.1.2 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 調 査 ・ 検 討···255
4.1.3 情 報 活 用 技 術 の 開 発 に 関 す る 調 査 ・ 検 討 ···257
4.1.4 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 の 統 合 環 境 に 関 す る 開 発 動 向 調 査···259
4.2 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 に 関 す る 調 査 研 究···260
5 調 査 研 究 の 今 後 の 課 題 お よ び 展 開 ··· 264
5.1 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 研 究···264
5.1.1 実 機 対 応 試 験 技 術 の 今 後 の 課 題 と 展 望 ···264
5.1.2 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用 CAE の 今 後 の 課 題 と 展 望···267
5.1.3 情 報 活 用 技 術 の 今 後 の 課 題 お よ び 展 開 ···271
5.2 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 に 関 す る 調 査 研 究···273
5.3 総 括···276
1 調査研究の目的
2005 年 3 月 22 日 第 53 回 総 合 科 学 技 術 会 議 に お い て 策 定 さ れ た 分 野 別 推 進 戦 略 に お い て 、「 も の づ く り 技 術 」 分 野 は 重 点 推 進 分 野 と 位 置 付 け ら れ た 。 そ の 推 進 の た め の 戦 略 重 点 科 学 技 術 と し て 、「 日 本 型 も の づ く り 技 術 を さ ら に 進 化 さ せ る 、 科 学 に 立 脚 し た も の づ く り 可 視 化 技 術 」 が 第 一 番 目 に 取 り 上 げ ら れ た 。 こ の 中 で 、 I T や 計 測 分 析 技 術 を ベ ー ス と し て 、 も の づ く り に 関 わ る 現 象 や 問 題 を 科 学 的 に 解 明 し 共 有 化 す る 技 術 開 発 に よ り 、 新 し い 材 料 や 加 工 法 を 積 極 的 に も の づ く り 現 場 に 導 入 す る 等 の プ ロ セ ス イ ノ ベ ー シ ョ ン の 創 出 を 加 速 す る こ と が 必 要 と も 指 摘 さ れ て い る 。
こ の よ う な 背 景 の も と 、 本 調 査 研 究 に お い て は 、 今 後 ま す ま す 多 様 化 し 、 先 鋭 化 す る ニ ー ズ を 満 た す 機 械 シ ス テ ム 製 品 を 設 計 す る た め の 技 術 と し て 、 設 計 に 必 要 と な る 情 報 や デ ー タ を 得 て 、 そ れ ら を 共 有 し 、 そ れ ら の 情 報 を 高 度 に 利 活 用 す る こ と が 可 能 な 設 計 支 援 技 術 の 仕 組 み ・ 枠 組 み ・ 要 素 技 術 に つ い て 、 技 術 開 発 動 向 を 調 査 す る と と も に 、 そ の 実 現 可 能 性 に つ い て 調 査 研 究 を 実 施 す る こ と を 目 的 と す る 。
す な わ ち 、 多 種 多 様 な デ ー タ ・情 報 や 知 識 を 、 そ の も の づ く り に 関 わ る 多 数 の 人 間 が 新 た な 設 計 ( 製 品 設 計 ・ プ ロ セ ス 設 計 ) 等 に 利 活 用 す る ( そ の 際 、 可 能 な 限 り 早 い 段 階 の 設 計 に 前 倒 し に 積 み 込 ん で 検 討 す る ) た め の デ ー タ ・情 報 や 知 識 の 共 有 化 ・ 可 視 化 の た め の 技 術 や 、 設 計 支 援 ツ ー ル 群 に 必 要 な 機 能 等 に つ い て 検 討 す る と と も に 、 新 た な 材 料 や 加 工 法 等 を 取 り 入 れ た 設 計 を 行 う た め に 必 要 と な る 製 品 ・ 試 作 品 ・ 部 品 の 特 性 や 挙 動 等( 特 に 製 品 の 信 頼 性 に 直 結 す る 、あ る い は 劣 化・不 具 合・故 障 等 の 要 因 等 )の 予 測 ・ 評 価 技 術 に 関 す る 課 題 に つ い て 検 討 す る 。 こ れ と 同 時 に 、 も の づ く り に お い て は 、 も の の 生 産 過 程 で 生 じ る 現 象 や 問 題 の み な ら ず 、 実 際 の も の の 利 用 ・ 運 用 の 過 程 で 生 じ る 現 象 や 問 題 に 関 わ る 情 報 や デ ー タ が 必 要 に な る こ と ( 一 方 で 、 情 報 や 知 識 の 交 換 に 基 づ く 協 調 化 が 実 現 す れ ば 製 品 ・ プ ロ セ ス 設 計 の み な ら ず 、 運 用 ・ メ ン テ ナ ン ス の フ ェ ー ズ に お い て も 、 そ れ ら の 計 画 ・ 設 計 に 活 用 で き る な ど 、 機 械 シ ス テ ム 製 品 の 利 用 者 自 身 も ス テ ー ク ホ ル ダ ー に な り 得 る こ と ) に 鑑 み 、 横 ( 製 造 者 間 ) の 組 織 だ け で な く 縦 ( 部 材 供 給 者 − 製 造 者 − メ ン テ ナ ン ス 者 − 機 器 シ ス テ ム の 利 用 者 ) の 関 係 で も 協 調 的 に 情 報 を 交 換 し 利 活 用 す る た め の フ レ ー ム ワ ー ク ・ ガ イ ド ラ イ ン に つ い て 検 討 す る 。
こ れ ら を 通 じ て 、 価 値 創 造 型 も の づ く り 力 強 化 に 資 す る も の づ く り 可 視 化 の た め の 協 調 ・ 統 合 型 設 計 支 援 環 境 を 早 期 に 実 現 す る た め に 必 要 な 技 術 課 題 を 要 素 技 術 レ ベ ル に 分 解 し た 具 体 的 な 技 術 開 発 計 画 案 を 提 案 す る と と も に 、 技 術 の 適 用 範 囲 、 直 接 ・ 間 接 の 波 及 効 果 を 明 確 化 す る こ と を 目 的 と す る 。
2 調査研究の実施体制
本 調 査 研 究 の 実 施 体 制 と し て 、 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 内 に 、 プ ラ ン ト 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム に 関 し て 信 頼 性 の 向 上 を 図 る た め の 設 計 支 援 技 術 に 関 す る 調 査 を 担 当 す る 「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 」、 擦 り 合 わ せ 型 製 造 業 に お け る 日 本 型 も の づ く り シ ス テ ム や 設 計 高 度 化 の た め の 設 計 支 援 環 境 の 調 査 を 担 当 す る 「 擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 」 の 2 委 員 会 を 設 け 実 施 し た 。 ま た 、「 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 」に は「 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 」、「 実 機 対 応 CAE 技 術 分 科 会 」 お よ び 「 情 報 活 用 技 術 分 科 会 」 の 3分 科 会 を 設 け て 、 要 素 課 題 に つ い て 調 査 し た 。
財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
情 報 活 用 技 術 分 科 会 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援
技 術 検 討 委 員 会
実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会
実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会
株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所 富 士 通 株 式 会 社
財 団 法 人 機 械 シ ス テ ム 振 興 協 会
社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会
( 委 託 )
( 再 委 託 ) ( 再 委 託 ) ( 外 注 )
総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会
総 合 シ ス テ ム 調 査 開 発 委 員 会 委 員 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
委 員 長 政 策 研 究 院 藤 正 巖
リ サ ー チ フ ェ ロ ー
委 員 埼 玉 大 学 太 田 公 廣
地 域 共 同 研 究 セ ン タ ー 教 授
委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 金 丸 正 剛 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 研 究 部 門
副 研 究 部 門 長
委 員 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 志 村 洋 文 産 学 官 連 携 部 門
コ ー デ ィ ネ ー タ
委 員 東 北 大 学 中 島 一 郎
未 来 科 学 技 術 共 同 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長
委 員 東 京 工 業 大 学 大 学 院 廣 田 薫
総 合 理 工 学 研 究 科 教 授
委 員 東 京 大 学 大 学 院 藤 岡 健 彦
工 学 系 研 究 科 助 教 授
委 員 東 京 大 学 大 学 院 大 和 裕 幸
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 教 授
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 委 員 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
委 員 長 上 田 完 次 東 京 大 学
人 工 物 工 学 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長 教 授 副 委 員 長 高 田 祥 三 早 稲 田 大 学
理 工 学 部 経 営 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 (分 科 会 長 ) 志 村 努 東 京 大 学
生 産 技 術 研 究 所 第 一 部 教 授 (分 科 会 長 ) 吉 村 允 孝 京 都 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 群 航 空 宇 宙 工 学 専 攻 教 授 (分 科 会 長 ) 河 村 幸 二 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
FDS Labo( 設 備 デ ー タ 標 準 ラ ボ ) 客 員 研 究 員
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ
幹 事 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 (幹 事 ) 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長 (幹 事 ) 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プロセス研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 グループ 研 究 グループ長 (幹 事 ) 岡 村 潔 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
技 術 部 研 究 主 幹
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 委 員 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 志 村 努 東 京 大 学
生 産 技 術 研 究 所 第 一 部 教 授
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ 委 員 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 委 員 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プロセス研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 グループ 研 究 グループ長
幹 事 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会 委 員 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 吉 村 允 孝 京 都 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 群 航 空 宇 宙 工 学 専 攻 教 授
委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授
委 員 藤 山 一 成 名 城 大 学
理 工 学 部 機 械 シ ス テ ム 工 学 科 教 授 委 員 本 田 智 関 西 電 力 株 式 会 社
火 力 事 業 本 部 火 力 エ ン ジ ニ ア リ ン グ セ ン タ ー 所 長 委 員 青 木 満 東 京 電 力 株 式 会 社
フ ェ ロ ー
委 員 犬 飼 隆 夫 株 式 会 社 東 芝 電 力 ・ 社 会 シ ス テ ム 技 術 開 発 セ ン タ ー 金 属 ・ セ ラ ミ ッ ク ス 材 料 開 発 部 グ ル ー プ グ ル ー プ 長 委 員 川 上 崇 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー
機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 佐 々 木 直 哉 株 式 会 社 日 立 製 作 所 機 械 研 究 所
高 度 設 計 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン セ ン タ セ ン タ 長 委 員 桜 井 茂 雄 株 式 会 社 日 立 製 作 所 電 力 グ ル ー プ 日 立 事 業 所
火 力 水 力 事 業 部 主 管 技 師
委 員 石 出 孝 三 菱 重 工 業 株 式 会 社 技 術 本 部 高 砂 研 究 所
製 造 技 術 開 発 セ ン タ ー も の づ く り 革 新 推 進 室 主 席 研 究 員 委 員 伊 藤 俊 雄 三 菱 重 工 業 株 式 会 社
も の づ く り 革 新 推 進 室 室 長 委 員 志 村 洋 文 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
産 学 官 連 携 推 進 部 門 産 学 官 連 携 コ ー デ ィ ネ ー タ 委 員 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員 委 員 佐 々 木 信 也 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 副 研 究 部 門 長
幹 事 手 塚 明 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プロセス研 究 部 門 数 理 解 析 研 究 グループ 研 究 グループ長
オ ブ ザ ー バ 土 屋 博 史 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 課 長 補 佐 オ ブ ザ ー バ 三 宅 晃 司 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 産 業 機 械 課 情 報 化 推 進 係 長
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 情 報 活 用 技 術 分 科 会 委 員名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
分 科 会 長 河 村 幸 二 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
FDS Labo( 設 備 デ ー タ 標 準 ラ ボ ) 客 員 研 究 員 副 分 科 会 長 高 田 祥 三 早 稲 田 大 学
理 工 学 部 経 営 シ ス テ ム 工 学 科 教 授
委 員 加 藤 三 治 千 代 田 ア ド バ ン ス ト ・ ソ リ ュ ー シ ョ ン ズ 株 式 会 社 PS 事 業 本 部 本 部 長
委 員 金 氏 眞 鹿 島 建 設 株 式 会 社
土 木 管 理 本 部 土 木 技 術 部 リ ニ ュ ー ア ル グ ル ー プ 長 委 員 河 村 泉 株 式 会 社 JIPM ソ リ ュ ー シ ョ ン
コ ン サ ル テ ィ ン グ 事 業 本 部 TPM 総 研 技 術 主 幹 委 員 原 俊 雄 株 式 会 社 荏 原 製 作 所 風 水 力 機 械 カ ン パ ニ ー
国 際 営 業 統 括 部 マ ネ ー ジ ャ ー 委 員 星 野 晃 成 富 士 通 株 式 会 社
産 業 ビ ジ ネ ス 本 部 シ ス テ ム 事 業 部 委 員 三 ケ 田 康 造 コ ス モ エ ン ジ ニ ア リ ン グ 株 式 会 社
事 業 統 括 部 担 当 次 長 委 員 大 和 裕 幸 東 京 大 学
新 領 域 創 成 科 学 研 究 科 人 間 環 境 学 専 攻 教 授 委 員 山 本 勝 美 日 揮 株 式 会 社
技 術 開 発 セ ン タ ー 副 セ ン タ ー 長
幹 事 岡 村 潔 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 研 究 主 幹
オ ブ ザ ー バ 新 田 渉 経 済 産 業 省 製 造 産 業 局
産 業 機 械 課 国 際 プ ラ ン ト 推 進 室 プ ラ ン ト 貿 易 業 務 一 係 長 オ ブ ザ ー バ 綾 信 博 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
先 進 製 造 プ ロ セ ス 研 究 部 門 主 任 研 究 員
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 お よ び 実 機 対 応 試 験 技 術 分 科 会 ・ 実 機 対 応 CAE技 術 分 科 会 事 務 局 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 庄 野 勝 彦 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 常 務 理 事
主 幹 研 究 員 吉 良 雅 治 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 部 長 代 理
主 任 研 究 員 岡 田 雅 規 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 課 長
研 究 員 大 川 内 さ お り 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
研 究 員 雨 宮 正 明 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
事 務 局 西 村 俊 之 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所 社 会 情 報 通 信 研 究 本 部 本 部 長 事 務 局 山 本 誠 司 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
科 学 技 術 研 究 本 部 科 学 技 術 政 策 グ ル ー プ リ ー ダ ー 事 務 局 村 瀬 智 子 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
社 会 情 報 通 信 研 究 本 部 次 世 代 基 盤 研 究 グ ル ー プ 事 務 局 豊 嶋 大 輔 株 式 会 社 三 菱 総 合 研 究 所
情 報 通 信 技 術 研 究 本 部 情 報 技 術 研 究 グ ル ー プ
フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 支 援 技 術 検 討 委 員 会 情 報 活 用 技 術 分 科 会 事 務局 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 吉 田 豊 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 員
〔 コ ス モ エ ン ジ ニ ア リ ン グ ㈱ 保 全 技 術 部 担 当 次 長 〕 事 務 局 角 田 攻 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 員
〔 日 揮 プ ラ ン テ ッ ク ㈱ 取 締 役 設 備 診 断 サ ー ビ ス 部 部 長 〕 事 務 局 宮 川 秀 眞 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会
常 務 理 事
事 務 局 大 野 宣 夫 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 部 長
事 務 局 朝 倉 紘 治 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 研 究 理 事
事 務 局 根 本 俊 夫 財 団 法 人 エ ン ジ ニ ア リ ン グ 振 興 協 会 技 術 部 研 究 主 幹
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 委 員 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
委 員 長 鈴 木 宏 正 東 京 大 学
先 端 科 学 技 術 研 究 セ ン タ ー 教 授
委 員 大 富 浩 一 株 式 会 社 東 芝 研 究 開 発 セ ン タ ー 機 械 ・ シ ス テ ム ラ ボ ラ ト リ ー 研 究 主 幹 委 員 小 野 里 雅 彦 北 海 道 大 学
大 学 院 情 報 科 学 研 究 科 シ ス テ ム 情 報 科 学 専 攻 教 授 委 員 加 瀬 究 独 立 行 政 法 人 理 化 学 研 究 所 知 的 財 産 戦 略 セ ン タ ー
VCADシ ス テ ム 研 究 プ ロ グ ラ ム VCADモデリングチームリーダー 委 員 下 村 芳 樹 首 都 大 学 東 京 シ ス テ ム デ ザ イ ン 学 部
ヒ ュ ー マ ン メ カ ト ロ ニ ク ス シ ス テ ム コ ー ス 教 授 委 員 平 岡 弘 之 中 央 大 学
理 工 学 部 精 密 機 械 工 学 科 教 授 委 員 藤 田 喜 久 雄 大 阪 大 学
大 学 院 工 学 研 究 科 機 械 工 学 専 攻 教 授
幹 事 松 木 則 夫 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所
デ ジ タ ル も の づ く り 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長
主 任 研 究 員 田 中 一 郎 東 京 電 機 大 学
工 学 部 機 械 工 学 科 教 授
オ ブ ザ ー バ 菅 原 洋 行 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 参 事 官 室 技 術 係 長 オ ブ ザ ー バ 杉 浦 宏 美 経 済 産 業 省
製 造 産 業 局 参 事 官 室 参 事 官 補 佐
擦 り 合 わ せ 支 援 技 術 調 査 委 員 会 事 務 局 名 簿
( 順 不 同 ・ 敬 称 略 )
氏 名 所 属 ・ 役 職
事 務 局 庄 野 勝 彦 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 常 務 理 事
主 幹 研 究 員 吉 良 雅 治 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 部 長 代 理
主 任 研 究 員 岡 田 雅 規 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部 課 長
研 究 員 大 川 内 さ お り 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
研 究 員 雨 宮 正 明 社 団 法 人 日 本 産 業 機 械 工 業 会 技 術 部
3 調査研究の内容
第 1 部
フロントローディング設計支援技術に関する調査研究
1 調査の背景
1.1 機械システムの信頼性向上のためのフロントローディング設計技術の重要性
プ ラ ン ト 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム は 、 我 が 国 の 強 み と さ れ る 「 擦 り 合 わ せ 型 」 の 典 型 的 製 品 で あ る と と も に 、 社 会 的 資 本 財 と し て 社 会 の 基 盤 を 構 築 す る 役 割 を 担 っ て お り 、 い っ た ん 不 具 合 や 事 故 が 生 じ る と 、 社 会 全 体 の 相 互 依 存 性 が 高 ま っ て い る の で 、 そ の シ ス テ ム だ け の 問 題 で は な く そ の 影 響 は 非 常 に 広 い 範 囲 に 及 ん で し ま う 。 国 民 の 安 心 と 安 全 を 堅 固 な も の に し て い く た め に は 、 社 会 的 資 本 財 で あ る こ れ ら 機 械 シ ス テ ム の 信 頼 性 を ゆ る ぎ な い も の に し て い く 必 要 が あ る 。
し か し な が ら プ ラ ン ト 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム は 、 実 機 試 験 の 実 施 が 困 難 で あ る た め 、 既 往 の 設 計 に 基 づ い た 安 全 率 設 計 が 基 本 と な っ て い る 。IT や 計 測 分 析 技 術 を ベ ー ス と し て 、 実 機 の 信 頼 性 を 評 価 し そ れ を 設 計 に 活 用 で き る 技 術 が 開 発 さ れ れ ば 、 こ れ ら 製 品 の 「価 値 」 の 源 泉 で あ る 信 頼 性 の 向 上 と 、 新 し い 材 料 や 加 工 法 の 導 入 の 促 進 を 同 時 に 果 た す こ と が で き 、 競 争 力 の 強 化 に も 直 結 す る と 期 待 さ れ る 。
機 械 シ ス テ ム 製 品 の 設 計 に お い て は 、CAD/CAE 技 術 の 進 歩 に も 助 け ら れ て 、性 能 の 向 上 や 機 能 の 複 合 化 に 資 す る 設 計 技 術 が 大 幅 に 向 上 し て き た 中 で 、 単 な る 形 状 設 計 で は な く 、 材 料 の 選 択 か ら 製 造 工 程 の プ ロ セ ス ・ 手 順 ま で を 含 め た 「 広 義 の 設 計 」 を 高 度 化 す る こ と が 重 要 に な っ て お り 、 し か も そ れ ら を で き る だ け 早 い 設 計 の 段 階 か ら 前 倒 し に 検 討 す る こ と ( フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 ) が 、 競 争 力 の 強 化 の た め に 求 め ら れ て い る 。 こ の よ う な 中 で 、よ り 信 頼 性 の 高 い 製 品 を 生 み 出 す た め に は 、「 経 時 変 化 、劣 化 を 見 越 し た 設 計 」が 必 要 で あ り 、「 ミ ス を 少 な く す る 設 計 」、使 用 過 程 に お け る「 メ ン テ ナ ン ス を 容 易 と す る 設 計 」 を 含 め た 、「 設 計 」の 役 割 が 、今 後 ま す ま す 重 要 に な る と 考 え ら れ る 。従 来 の フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 は 主 に 、CAD/CAE 技 術 と PDM の シ ス テ ム 統 合 に 基 づ い て 、 主 に 開 発 リ ー ド タ イ ム の 短 縮 や 手 戻 り の 削 減 を 目 指 し た QCS(品 質 、 コ ス ト 、 ス ピ ー ド)向 上 の コ ン セ プ ト と し て 考 え ら れ て き た が 、 今 後 企 業 に お け る PDM の 活 用 が 盛 ん に な っ て い く 中 で 、 フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 を 、 信 頼 性 に 関 連 す る 諸 問 題 を 解 決 す る た め の コ ン セ プ ト と し て 捉 え 直 し 、 構 築 し て い く こ と が 重 要 で あ る 。
1.2 本調 査研 究の ポイ ン ト
信 頼 性 向 上 の た め に 従 来 個 々 の 現 場 で 行 わ れ て き た 個 別 的 な 方 策 と は 異 な り 、 製 造 プ ロ セ ス 、 実 機 挙 動 を で き る だ け 設 計 時 か ら 前 倒 し で 検 討 す る と と も に 、 経 年 劣 化 や 不 具 合 、 さ ら に は 故 障 や 事 故 が 生 じ た 実 機 で の 評 価 や メ ン テ ナ ン ス 情 報 を 、 シ ス テ ム の 運 営 や 維 持 だ け で な く 設 計 ・ 製 造 段 階 で 高 度 に 活 用 し て 、 統 一 的 に 信 頼 性 向 上 を 実 現 す る た め の 方 策 を 検 討 す る 。 こ の た め に 具 体 的 な 対 象 例 を 選 定 し 、 そ の 設 計 ・ 製 造 お よ び 運 用 ・ 保 全 に 関 わ る 企 業 や 関 係 す る 学 識 経 験 者 を 集 め て 、 詳 細 な 検 討 を 行 う 。 こ の 中 で 、 実 際 の も の の 利 用 ・ 運 用 の 過 程 で 生 じ る 現 象 特 性 や 挙 動 等 の 予 測 ・ 評 価 技 術 に 関 す る 課 題 に つ い て 検 討 す る と と も に 、 問 題 に 関 わ る 情 報 や デ ー タ を 含 む 多 種 多 様 な 情 報 や 知 識 を 、 製 品 設 計 ・ プ ロ セ ス 設 計 ( さ ら に は 運 用 ・ メ ン テ ナ ン ス 設 計 ま で ) に 利 活 用 す る た め の 技 術 お よ び 枠 組 み や 、 支 援 ツ ー ル 群 に 必 要 な 機 能 等 に つ い て も 検 討 す る 。
こ の 調 査 研 究 は 、 日 本 型 も の づ く り 技 術 の 進 歩 に 貢 献 す る た め 、 業 種 間 ・ 業 態 間 の 協 力 体 制 を 構 築 し て 、 課 題 を 解 決 す る 道 筋 を 見 出 す 試 み と 言 え る 。 従 来 、 設 計 ・ 製 造 ・ メ ン テ ナ ン ス の 個 々 の 現 場 で 行 わ れ て き た 信 頼 性 向 上 の た め の 取 り 組 み を 越 え て 、 我 が 国 の 製 造 業 ・ メ ン テ ナ ン ス 企 業 お よ び ユ ー ザ 企 業 の 間 で 信 頼 性 に 関 る 情 報 を 共 有 し て プ ラ ン ト 等 機 械 シ ス テ ム の 信 頼 性 確 保 の た め に 活 用 す る こ と が 今 後 重 要 に な る と 考 え ら れ る か ら で あ る 。 そ し て そ の た め に 新 た な 視 点 で ハ ー ド ウ ェ ア 、 ソ フ ト ウ ェ ア の 双 方 を 密 接 に 関 連 さ せ つ つ 技 術 開 発 を 進 め よ う と い う 独 自 性 の 高 い プ ラ ン を 検 討 す る も の で あ る 。
プラント例:
火力発電タービン、石油貯留・輸送設備
システム全体の システム全体の 総合適合性評価・仮想運用試験 総合適合性評価・仮想運用試験 開発ポイント:設計に活用しうる 開発ポイント:設計に活用しうる シミュレーション手法の開発 シミュレーション手法の開発 実機や試験を再現するCAE マルチクライテリア評価
プラント設計
不具合・故障・事故 生産停止・
環境汚染・人的災害
プラント製造 プラント運用
補修・改修
共通的主要故障要因 共通的主要故障要因
の加速試験 の加速試験
経年変化・劣化・故障 経年変化・劣化・故障 不具合・事故情報の活用 不具合・事故情報の活用
開発ポイント:評価法・装置の開発 開発ポイント:評価法・装置の開発 実機を再現する加速評価装置 材料変更の指針を与える評価装置
開発ポイント:枠組みの開発 開発ポイント:枠組みの開発 情報活用のフレームワーク トレーサビリティと秘匿性の両立 運用・メンテナンスデータ
運用・メンテナンスデータ
多様な情報を 多様な情報を 可視化して 可視化して 製品設計に 製品設計に 前倒し活用 前倒し活用
製造プロセス設計に活用
設計情報をメンテナンスに活用 メンテナンス情報を 保全・改造・設計に高度活用
現状の課題)
情報は各社個別・固有 業界内の共有 設計へのフィードバック 現状の課題)
試験評価法はごく一部 の現象についてのみ 現状の課題)
データを活用した 総合評価は困難
(使えるデータが少ない、
手法開発不十分)
個別の劣化要因の予測実験データ 個別の劣化要因の予測実験データ
メンテナンスしやすい設計
データを使う仕掛け データを使う仕掛け
データを得る仕掛け データを得る仕掛け 協調型フロントローディング設計支援環境
機械システムの信頼性向上 機械システムの信頼性向上
安心・安全社会 安心・安全社会 製造業の国際競争力強化 製造業の国際競争力強化
業種間・業態間の協調 プラント例:
火力発電タービン、石油貯留・輸送設備
システム全体の システム全体の 総合適合性評価・仮想運用試験 総合適合性評価・仮想運用試験 開発ポイント:設計に活用しうる 開発ポイント:設計に活用しうる シミュレーション手法の開発 シミュレーション手法の開発 実機や試験を再現するCAE マルチクライテリア評価
プラント設計
不具合・故障・事故 生産停止・
環境汚染・人的災害
プラント製造 プラント運用
補修・改修
共通的主要故障要因 共通的主要故障要因
の加速試験 の加速試験
経年変化・劣化・故障 経年変化・劣化・故障 不具合・事故情報の活用 不具合・事故情報の活用
開発ポイント:評価法・装置の開発 開発ポイント:評価法・装置の開発 実機を再現する加速評価装置 材料変更の指針を与える評価装置
開発ポイント:枠組みの開発 開発ポイント:枠組みの開発 情報活用のフレームワーク トレーサビリティと秘匿性の両立 運用・メンテナンスデータ
運用・メンテナンスデータ
多様な情報を 多様な情報を 可視化して 可視化して 製品設計に 製品設計に 前倒し活用 前倒し活用
製造プロセス設計に活用
設計情報をメンテナンスに活用 メンテナンス情報を 保全・改造・設計に高度活用
現状の課題)
情報は各社個別・固有 業界内の共有 設計へのフィードバック 現状の課題)
試験評価法はごく一部 の現象についてのみ 現状の課題)
データを活用した 総合評価は困難
(使えるデータが少ない、
手法開発不十分)
個別の劣化要因の予測実験データ 個別の劣化要因の予測実験データ
メンテナンスしやすい設計
データを使う仕掛け データを使う仕掛け
データを得る仕掛け データを得る仕掛け 協調型フロントローディング設計支援環境
機械システムの信頼性向上 機械システムの信頼性向上
安心・安全社会 安心・安全社会 製造業の国際競争力強化 製造業の国際競争力強化
業種間・業態間の協調
図 1.2‑1 機械システムの信頼性向上のためのフロントローディング設計技術のコンセプト
1.3 設計 ・構 成の 学
機 械 シ ス テ ム の 設 計 ・ 製 造 に お い て 、 個 別 の 技 術 を い か に 組 み 合 わ せ て 目 的 と す る 機 能 を 発 揮 さ せ る 製 品 を 製 造 す る か と い う こ と は 、 従 来 は 極 め て 産 業 実 用 的 な 問 題 と し て 捉 え ら れ て き た 。 す な わ ち 、 そ れ ぞ れ の 企 業 が 独 自 の ノ ウ ハ ウ 等 に 基 づ い て 技 術 を 寄 せ 集 め て 製 品 を 製 造 ・ 供 給 し 、 最 終 的 に は 市 場 が そ れ を 選 択 し て き た 。
し か し 最 近 で は 、 製 品 や 技 術 に 対 す る 生 産 性 と 機 能 以 外 の 多 様 な 要 求 を 、 そ れ も 企 業 の 利 潤 追 求 の 経 済 活 動 原 理 と 相 反 す る 要 求 を 、 総 合 的 に 勘 案 す る 必 要 が 増 し て き た 。 中 で も 長 期 信 頼 性 や 安 心 ・ 安 全 の フ ァ ク タ ー は 、 環 境 調 和 性 等 と と も に 非 常 に 重 要 な フ ァ ク タ ー と 言 え る 。
多 様 な フ ァ ク タ ー を 考 慮 す る 最 適 構 成 の 観 点 は 、 機 械 シ ス テ ム 製 品 の 設 計 ・ 製 造 そ の も の の み な ら ず 、 例 え ば 以 下 で 検 討 す る フ レ ー ム の よ う な 、 目 的 を 有 効 に 達 成 す る た め の 枠 組 み や シ ス テ ム や 制 度 を ど う 設 計 構 成 す べ き か と い っ た 課 題 に 対 し て も 極 め て 重 要 で あ る 。
こ の よ う な 全 体 的 ・ 複 雑 な 対 象 の 統 合 ・ 構 成 に 関 す る 論 理 ・ 科 学 ・ 技 術 は 、 部 分 的 な 対 象 や 領 域 に 対 す る 普 遍 的 な 科 学 的 真 理 ・ 原 理 の 追 及 と も 極 限 的 な 技 術 開 発 と も 異 な る 分 野 で あ る 。 従 来 学 問 的 に は ほ と ん ど 取 り 扱 わ れ て こ な か っ た 領 域 で あ る が 、 前 例 を 踏 襲 し 改 良 の パ ス を 辿 る 伝 統 的 な 方 法 論 と は 異 な る 、新 た な 理 念 と 技 術 を 構 成 し て い く 必 要 が あ る 。 本 調 査 研 究 は 、 具 体 的 な 対 象 物 に 対 す る 方 法 論 と フ レ ー ム の 検 討 で あ る と 同 時 に 、 ま さ に ケ ー ス ス タ デ ィ と し て こ の 未 開 の 学 問 領 域 に 切 り 込 も う と す る も の で あ る と 言 え 、 他 の 学 問 や 技 術 の 進 歩 へ の 波 及 効 果 が 大 き く 期 待 で き る も の で あ る と 考 え ら れ る 。
図 1.3‑1 構 成 の 学
1.4 本章 で検 討す る課 題 とそ れぞ れに 関連 す る従 前の 調査 研究 ・ 開発 状況
第 2 章 で 検 討 さ れ る 「 実 機 対 応 評 価 方 法 」 に 関 し て は 、 独 立 行 政 法 人 新 エ ネ ル ギ ー ・ 産 業 技 術 総 合 開 発 機 構 プ ロ ジ ェ ク ト 「 エ コ ・ テ ー ラ ー ド ト ラ イ ボ マ テ リ ア ル 創 製 プ ロ セ ス 技 術 」 で は 、 自 動 車 等 の 輸 送 機 械 の エ ン ジ ン 、 ブ レ ー キ 、 軸 受 け 材 を 想 定 し た 省 エ ネ 化 お よ び 省 資 源 化 の 実 現 の た め に 、 信 頼 性 確 保 と 性 能 向 上 を 目 的 と し て 、 実 機 に 対 応 で き る 評 価 法 の 開 発 が 行 わ れ た 。 ま た 、 平 成 17 年 度 に 「 資 本 財 の 信 頼 性 確 保 の た め の 実 機 デ ー タ 援 用 型 設 計 ・ 製 造 支 援 に 関 す る 調 査 」1)に お い て 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム の 不 具 合 の 主 要 因 と な る 諸 現 象 に 関 し て 、 実 機 試 験 に 置 き 換 え 可 能 な 実 験 評 価 方 法 が 存 在 す る か 調 査 さ れ た 。
第 3 章 で 検 討 さ れ る 「 実 験 評 価 情 報 高 度 利 用CAE(Computer Aided Engineering: 計 算 機 援 用 工 学 )」に つ い て は 、平 成17年 度 に「 資 本 財 の 信 頼 性 確 保 の た め の 実 機 デ ー タ 援 用 型 設 計 ・ 製 造 支 援 に 関 す る 調 査 」1)に お い て 、 実 機 試 験 に 対 応 す る 実 験 評 価 情 報 を CAE に 直 接 反 映 さ せ る 手 法 の 開 発 と 利 用 に つ い て 調 査 が 行 わ れ 、 実 機 の 挙 動 と の 関 連 付 け に お い て 重 大 な 問 題 で あ る こ と が 明 ら か に な っ て い る 。他 方 、CAE に よ る プ ラ ン ト 設 計 と い う 観 点 で は 、 原 子 力 プ ラ ン ト に つ い て 配 管 設 計 支 援 関 連 で は 、 東 京 工 業 大 学 を 中 心 と し て 具 体 的 な 研 究 計 画 が あ げ ら れ て い る 。ま た 、CAEを 利 用 し た 信 頼 性 に 関 わ る 製 造 プ ロ セ ス 解 析 に つ い て は 、 溶 接 に 限 定 し て 大 阪 大 学 を 中 心 と し て 行 わ れ て い る 。
第 4 章 で 検 討 さ れ る 「 メ ン テ ナ ン ス 情 報 活 用 」 に つ い て は 、ISO14224 の 標 準 化 の 取 り 組 み が 国 際 的 な フ レ ー ム で 検 討 さ れ て い る 。 平 成 17 年 度 に 「 機 械 シ ス テ ム 等 の メ ン テ ナ ン ス 最 適 化 の た め の 高 度 メ ン テ ナ ン ス 技 術 開 発 に 関 す る フ ィ ー ジ ビ リ テ ィ ス タ デ ィ 」2)に お い て 、 石 油 ・ 石 化 プ ラ ン ト を 対 象 と し て 、 メ ン テ ナ ン ス 情 報 の 活 用 プ ロ セ ス に 関 す る 整 理 ・ 体 系 化 が 行 わ れ て い る 。 ま た 、 メ ン テ ナ ン ス 情 報 の 共 有 化 条 件 に つ い て 、 ヒ ア リ ン グ 調 査 等 を 通 じ た 検 討 が 行 わ れ て い る 。
第 5 章 で 検 討 さ れ る「 統 合 的 に 情 報 を 活 用 す る フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 環 境 」に つ い て は 、 シ ス テ ム の 信 頼 性 向 上 を 目 指 す た め の 統 合 ソ フ ト ウ ェ ア 環 境 と し て は 、「FIPER
(Federated Intelligent Product EnviRonment:製 造 業 向 け 次 世 代 協 調 設 計 シ ス テ ム )」等 の ソ フ ト ウ ェ ア 製 品 が 開 発 さ れ て お り 、 米 国 で は 使 用 実 績 が あ る 。PDM(Product Data Management: 製 品 情 報 マ ネ ー ジ メ ン ト )・CAD・CAE の 統 合 に つ い て の 開 発 も 行 わ れ て い る が 、 実 機 デ ー タ を 取 り 扱 え る よ う な フ ロ ン ト ロ ー デ ィ ン グ 設 計 環 境 に つ い て 検 討 さ れ た も の は 存 在 し な い 。
参 考 文 献
1) 財団法人 機械システム振興協会 : 平成17年度資本財の信頼性確保のための実機データ援用型 設計・製造支援に関する調査報告書, 平成18年3月
2) 財団法人 機械システム振興協会 : 平成17年度機械システム等のメンテナンス最適化のための 高度メンテナンス技術開発に関するフィージビリティスタディ報告書, 平成18年3月
2 実機対応評価方法の調査・検討
2.1 実機 対 応試 験 技術 の考 え方
機 械 シ ス テ ム の 長 期 的 に わ た る 信 頼 性 確 保 の た め に は 、 実 機 の 長 期 試 験 や 破 壊 試 験 が 重 要 で あ る 。し か し 、家 電 品・自 動 車 等 と 異 な り 、社 会 的 資 本 財 た る 原 子 力 や 火 力 発 電 設 備 、 宇 宙 航 空 機 、 船 舶 等 、 重 工 ・ 重 電 シ ス テ ム の 実 機 試 験 の 実 施 は 、 実 際 に は 極 め て 困 難 で あ る 。 こ の た め こ れ ら の 製 品 で は 、 既 往 の 設 計 に 基 づ い た 既 往 の 製 品 の 長 期 運 転 履 歴 を 参 照 し た 安 全 率 設 計 が 基 本 と さ れ て き た 。 し か し 、 今 後 は 実 際 の 機 器 に お け る ダ イ ナ ミ ッ ク な 経 時 変 化 ・ 劣 化 を 加 速 評 価 可 能 な 予 測 実 験 手 法 を 開 発 し 、 整 備 す る 必 要 が あ る 。
こ れ ま で に も さ ま ざ ま な 材 料 や 構 造 の 標 準 試 験 法 が 開 発 ・ 提 案 さ れ て い る ほ か 、 各 メ ー カ に お い て 独 自 の 試 験 法 が 開 発 さ れ て き て は い る が 、 こ れ ま で の 調 査 研 究 の 結 果 、 実 機 に お け る 長 期 間 の 劣 化 現 象 を 評 価 す る 加 速 試 験 、 新 設 計 ・ 改 良 設 計 に 反 映 す る た め に 必 要 と な る 材 料 変 更 へ の 指 針 を 与 え ら れ る 試 験 と い う 観 点 か ら 見 て 、 設 計 に 有 効 な 情 報 を 十 分 に 得 ら れ て い な い こ と が 明 ら か に な っ て い る 。
設 計 上 で 現 在 課 題 と な っ て い る 経 時 変 化・劣 化 事 象 の 多 く は 複 雑 で あ り 、ま た 、複 合 的 ・ 非 線 形 的 な 現 象 や 、 理 論 的 に 未 解 明 あ る い は 観 測 不 可 能 な 現 象 が 鍵 に な っ て い る こ と も 多 い 。 ま た 、 試 験 装 置 に お い て も 、 試 験 装 置 の 構 成 に 問 題 が あ り 実 機 で の 現 象 を 十 分 に 再 現 で き て い な い こ と 、 実 機 で の 現 象 と 試 験 装 置 で の 現 象 を 十 分 に 対 応 付 け ら れ て い な い こ と が 、 有 効 な 評 価 を 困 難 に し て い る 場 合 も あ る 。 従 っ て 、 理 論 的 に 試 験 装 置 を 構 成 す る こ と は 大 変 に 困 難 で あ る こ と か ら 、 実 機 の 状 況 を 模 し た 装 置 を 構 成 す る こ と が 必 要 で あ る 。
複雑な現象が生じる部分で 実機と合わない
試験機と実機の現状
実機 実機
A B C 実データの順序
環境条件・稼動条件 試験機
試験機
A B C 試験データの順序
・試験のデータが実際の機器の設計に直接利用できない。
・試験の基本的特性結果が実機での特性とは異なる。
・異なる試験機での結果の互換性がない。
・同一条件でもばらつきが大きい。
実機で生じる現象 と等価な試験は難
しい
何が影響している のかは判らない
図 2.1‑1 試 験 機 と 実 機 の 結 果 の 不 整 合 性
こ の よ う な 装 置 ( 以 下 、 実 機 対 応 試 験 装 置 と 呼 ぶ ) の 基 本 的 な ア イ デ ア に つ い て は 、 平 成 17 年 度 に 実 施 さ れ た 「 資 本 財 の 信 頼 性 確 保 の た め の 実 機 デ ー タ 援 用 型 設 計 ・ 製 造 支 援 に 関 す る 調 査 」1)に お い て 自 動 車 等 の 輸 送 機 械 の エ ン ジ ン 、 ブ レ ー キ 、 軸 受 材 を 想 定 し て 実 機 に 対 応 で き る 摩 擦 摩 耗 評 価 法 の 開 発 が 行 わ れ て き た 例 を 参 考 に し て 検 討 が 行 わ れ て い る 。 す な わ ち 、 実 機 対 応 試 験 と は 、 実 機 の 結 果 を 再 現 し う る 試 験 機 と そ れ を 用 い る 試 験 方 法 で あ り 、「 実 機 対 応 試 験 」へ の ア プ ロ ー チ は 、標 準 試 験 の 結 果 と 、標 準 試 験 の 組 み 合 わ せ と 、 実 機 で 想 定 さ れ る 要 因 を 条 件 に 加 味 し て 行 う 試 験 で あ る 。
実機対応評価試験へのアプローチ 標準的な考え方
特殊試験 : 標準試験に対して実機で想定される 要因を条件として追加した試験
実機で想定する要因を構成的(演繹的)に組上げる
実機 CAE
製 造
標準試験群
設計
特殊試験群
実機で想定される条件
組合せ
パラメータ提供 パラメータ提供
実機 CAE
製 造
標準試験群
設計
特殊試験群
実機で想定される条件
組合せ
パラメータ提供 パラメータ提供
実機対応評価試験へのアプローチ 実機対応評価方法の考え方
標準的なアプローチで対応できない部位・現象を対象 実機対応試験 : 複数の実機データに対しても相関の高い
データを提供する試験方法・試験機 実機データに関する現象論的(帰納的)な対応方法
実機 CAE
製 造
標準試験群
設計
実機対応試験群
パラメータ提供
パラメータ提供
実機A 実機A
実機B
実機 CAE
製 造
標準試験群
設計
実機対応試験群
パラメータ提供
パラメータ提供
実機A 実機A
実機B 実機A
実機A 実機B
図 2.1‑2 標 準 的 な 試 験 か ら 実 機 対 応 評 価 方 法 へ
「 実 機 対 応 評 価 方 法 」 の 考 え 方 は 、 磨 耗 や エ ロ ー ジ ョ ン な ど 標 準 的 な ア プ ロ ー チ で は 対 応 で き な い よ う な ク リ テ ィ カ ル な 現 象 を 対 象 と し た も の で 、 以 前 に 作 ら れ た 実 機 で 計 測 さ れ る デ ー タ に よ り 、デ ー タ の 特 性 を 分 析 し 、再 現 す る 試 験 機 を 作 成 す る と い う も の で あ る 。 実 機 対 応 試 験 の 考 え 方 は 、 実 機 か ら 出 る デ ー タ を フ ィ ー ド バ ッ ク し て 、 よ り 実 機 デ ー タ と 相 関 の 高 い 試 験 機 を 作 る こ と に あ る 。 そ の 試 験 機 を 通 す こ と で 、 新 た な 材 料 等 の シ ス テ ム を 評 価 で き る こ と を 目 標 と し て い る 。
具 体 的 に は 、 評 価 し た い 軸 の 傾 向 が 再 現 で き る よ う に 試 験 機 の 作 成 を 行 う 。 試 験 値 と 実 機 デ ー タ の 関 係 は 、 単 純 で は あ る が 、 評 価 項 目 の 順 位 、 傾 向 が 合 う こ と を 第 一 に 目 指 す こ と に な る 。
実機対応評価法
評価軸
試験機
(肉厚など)
試験機特性
・剛性
・駆動方法
・試験片取付
・試験機形状
・負荷方法 試験機特性を工夫することで、
システム特性を順序で合わ せる
→ 現象を合わせるのと同じ
(ある特定の環境において)
C A E で 扱 う 環 境 条 件 環境条件・稼動条件
A B C New A B C
実データの順序
↓ 寿命評価
時間
(t)
実機対応評価法
暗 黙 の モ デ リ ン グ 実
効 的 な 評 価
遺伝的アルゴリズム ニューラルネッ ト 的 な見方
実機
応 答 曲 面
試験条件
・試験回数
・加熱条件
・動作速度 データベース
システム特性
(材料・速度・温度・回転速度など)
部分集合
図 2.1‑3 実 機 対 応 評 価 法 の ま と め
た だ し 、 実 機 を そ の ま ま ス ケ ー ル ダ ウ ン や 条 件 を 単 純 化 し た 試 験 装 置 を 構 成 し た だ け で は 、 実 機 に 対 応 す る 評 価 は 困 難 で あ る 。 次 節 で は 、 実 機 対 応 試 験 装 置 ・ 試 験 方 法 の 考 え 方 の 例 と し て 上 述 し た 摩 擦 摩 耗 評 価 の た め の 試 験 装 置 ・ 試 験 法 に つ い て 詳 細 に 述 べ る 。