Winter 2019 日本語版 Sustainability Makes Good Business Sense Panasonic GM US Army Samsung 優れた室内空気 循環の実現 仮想自律走行アクティブセーフティ 金属積層造形データ管理 洗濯機の Co- Simulation

Panasonic

優れた室内空気

循環の実現

GM

仮想自律走行

アクティブセーフティ

US Army

金属積層造形

データ管理

Samsung

洗濯機のCo-Simulation

Sustainability

Makes Good Business Sense

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 3 2 | Engineering Reality Magazine

マーケティング担当副社長 Keith Hanna は、14ページの寄稿で、CAEが将来の持続 可能な発展のために実用的なエンジニア リングソリューションを提供する先駆者に なることを明記しています。 Olaがラスベガスで指摘したように、これは すべての産業にとって真のビジネスチャン スであるとともに、今日、人類が直面してい る最も大きく、最も複雑な問題のいくつか を解決する方法でもあります。 HxGN LIVEでは、設計の段階でより良い 意思決定を行うことができる、よりスマート な設計エコシステムというビジョンを共有 しました。 他に類を見ないユニークなシミュレーショ ンソリューションポートフォリオにより、全 てのCAEユーザーの生産性を向上し、製 品品質を向上し、生産性を最大化する、そ れこそが私たちが現実とすべきビジョンな のです。 これらのツールをよりスマートにするため に、製造可能性に対する設計の出力、共通 環境におけるコストの最適化、製品の持 続可能性の決定が設計段階でなされるこ とを可能にする新しい機能をいくつかの CAE製品向けに開発しました。 このEngineering Realityでは、お客様の 事例のいくつかを持続可能性へのアプロ ーチとしてご紹介しています。 インドのCoriolisは燃費向上を目的とし た、Digimatによる航空機翼の軽量化シミ ュレーション例を紹介(44ページ)し、フラン スのAnalog Wayは節電のために、ニュー ヨークタイムズスクエアの巨大ビデオディ スプレイスクリーンの熱影響を低減するた め、Cradleの計算流体力学ソフトウェアを いかに使用したかのまとめ(78ページ)を紹 介しています。 それが商業的に普及することで廃棄物を 最小化し、輸送部品の軽量化や「最初から 最良」の恩恵を可能にするため、積層造形 は来る20年の持続可能性に対する変革的 な技術となることは、アメリカ陸軍(60ペー ジ)やMBFZ Toolcraft (82ページ)のストー リーが示しています。 今日、世界には推定13億台の車両があり、 その大部分は都市部の温室効果ガス排出 および大気汚染の原因となっています。 ほとんどのアナリストは、自律車両が都市 近郊の将来において重要な役割を果たし、 同時に、よりスマートな技術と電化の発展 が排気と騒音公害を低減することで一致 しています。 安全な自律車両を実現する業界レースに ついては、9ページのゼネラル・モーター ズ(デトロイト)のChris Kinser氏による秀 逸な記事”Thought Leadership” 〜 いか に私たちのVTD製品ラインがGMの安全 で効果的な自動運転自動車に対するバー チャルテストマイレージの要件の中心とな っているかを解説した記事〜をご一読く ださい。 この雑誌では、韓国からサムスンの洗濯機 設計(50ページ)、ドイツからVolkswagen におけるサブアセンブリの複製(6ペー ジ)、および日本からパナソニックのファン 設計の最適化(86ページ)により、最先端 Co-Simulationに関する優れた記事をご 紹介します。 また、データ管理にMaterialCenterを使 用したアメリカ陸軍の積層造形の魅力的 な使用例にも注目していただきたいと思 います。 航空宇宙および防衛関連では、Avioはそ の経験をシェアしてくださっていますし、 さらに内容充実したこの雑誌には、Ford, Adient, Audi, VW, Daimler, Hyundai, Sanyなどの主要企業からの自動車記事が いくつか掲載されています。 最近発売されたMSC Apex Generative Designは、積層造形や幅広いCAE設計空 間において、ユーザーに対して、これまで にない生産性を提供します。 また、ICME(Integrated Computational Materials Engineering：統合型材料開発 エンジニアリング), スマートジェネレーティ ブデザイン, 積層造形については、社内の 専門家Roger Assaker, Raj Dua, Hendrik Schafstallがそれぞれ賞賛のコメントを寄 せています。 最後に、ぜひ私たちのMSC Nastranと AVL ExciteのCo-Simulationに関する「ヒ ントとコツ」に関する記事(84ページ)、私た ちのCAE製品ポートフォリオとパリのパー トナーCADLMの機械学習機能を組み合 わせた、人工知能(AI)と次数低減モデリン グ(Reduced Order Modeling)に関する作 品(27ページ) も合わせてご覧ください。

持続可能性のための

設計&

エンジニアリング

シミュレーション

Paolo Guglielmini

CEO, MSC Software

論説

昨

年6月にラスベガスで開催さ れたHxGN LIVEにおけるOla Rollenの基調講演 “Your Data can Save the World”をYouTubeでご覧 ください。 Hexagon CEOのOlaは、なぜ私たち地球 市民全員にとって持続可能性が重要なの か、「なぜ私たちは環境を汚染し、天然資源 を枯渇させ、すでに生産されたものを十分 にリサイクルしないのか」、その概略を簡潔 に語っています。 法制度や社会的な圧力は、私たちの悪しき 習慣の矯正に寄与するでしょうが、私たち の子どもたちや孫たちが私たちから受け 継いでいくこれらの問題に対する現実世 界の答えの多くを最終的に支えるのは、科 学と工学です。 今世紀の持続可能性の課題を解決するの に役立つ再生可能エネルギーと輸送ソリ ューションを提供するために、コンピュータ 支援エンジニアリング(CAE)シミュレーシ ョンによる予測が大きな役割を果たすと考 えています。

マルチフィジックスにフォーカスしたスマートCFD

お問い合わせは

www.mscsoftware.com/ja/cfd

2020

ビジョン

MSC SoftwareグループのCradle CFDソリューションは2020リリースでマルチフィ

ジックスにフォーカスし、以前に増して使い易いものとなっています。Co-Simulation

で、常に最高クラスの精度を持つ結果を手に入れてください。:

• Actranと連成して、空力音響を高度に再現します。

• 高精度の解のための離散化要素モデル

• マルチフィジックスの高精度な解をまるで写真のように表現するポストプロセス

• ユーザーの生産性を向上する新しいタービン機械バーティカルアプリケーション

• 新しい多相キャビテーションモデル

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 5 4 | Engineering Reality Magazine

60

目次

14

86

Executive Editor Keith Hanna Editor Elizabeth Yeh Copy Editor Mary Harrison Robin Wolstenholme Contributing Editors

Yijun Fan, Raj Dua, Bhoomi Gadhia, Hemanth Kolera-Gokula, Roger Assaker, Romain Baudson, Zanlang Yin, Hendrik Schafstall, Dan Marinac, Volker Mensing, Keita Fujiyama

Design Dante Fiorini Elizabeth Yeh

MSC Software Corporation 4675 MacArthur Court, Suite 900 Newport Beach, CA 92660 714.540.8900

www.mscsoftware.com

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特集記事

お気づきの点や紹介可能な解析事例をお 持ちであれば： [email protected] Volkswagen AG:

MSC Nastran「モジュール」機能を使用した

エンジニアリング開発における時短と連携の向上

06

General Motors:

Christopher Kinser

General Motorsが推進する

09

仮想自律走行&アクティブ・セーフティ

Keith Hanna:

ビジネス成長に不可欠な持続可能なエンジニアリング:

CAEは

14

地球レベルの環境問題を解決します

Ford Motor Company:

実証試験への依存傾向を減らすために

Adams Real Timeを活用

23

CADLM:

正確な設計判断と

工学タイムラインの短縮

CADLM技術の活用

27

Hendrik Schafstall and Raj Dua:

設計と製造のギャップの橋渡し

デザインと積層造形

スマートジェネレイティブデザインの活用

30

Avio:

スマートなつながる世界:

Avioは宇宙船打ち上げ時の振動解析を実施

34

Adient:

自動車シートメーカー事例コスト削減と品質改善

スタンプ解析ツールの活用

40

Coriolis:

高速・高精度

積層造形プロセス解析

44

Daimler Trucks:

加速する製品開発サイクル

10X高速化したMSC Nastranの活用

47

Samsung Electronics:

Adams Marc Co-Simulation

51

ドラム式洗濯機

NVIDIA:

MSC Nastran高速化

GPUの活用

56

US Army:

US陸軍活用事例 - MaterialCenterによる

60

金属積層造形データ管理の実際

Roger Assaker:

10x ICME時間短縮とコスト重量の削減を

目指す材料シミュレーション

66

AUDI:

マルチレゾリューション交通シミュレーション

VIRES VTDによるコネクテッドカーソリューション

68

SANY:

構造疲労を捉える

設計段階のコンクリートミキサー

モード合成法の活用

74

Analog Way:

デザイン

30年にわたるプレミアムな革新的ソリューション

79

MBFZ Toolcraft:

フレキシビリティ:

積層造形がもたらすもの:

シミュレーションが支える3次元プロトタイプ製造

82

AVL EXCITE™:

MSC NastranとAVL EXCITE™の統合による

よりよく、より速くそして より効率的に

パワートレイン解析

84

Panasonic Ecology Systems:

Cradle CFDイノベーション

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 7 6 | Engineering Reality Magazine

Volkswagen AG

MSC Nastran「モジュール」機能を使用した

エンジニアリング開発における時短と連携の向上

Dr. Bruns Dr.-Ing. Jürgen Bruns, CAE-Methods, Volkswagen AG

Bhoomi Gadhia, Product Marketing Manager, MSC Software

F

EMの世界では誰もが知っているように、FEAモデルには複数のパーツとサブ構造が 含まれており、簡単に交換できるように有限要素コード(MSC Nastranのインクルード ファイルなど)でモデル化されています。これらのインクルードファイルを使用している 場合、INCLUDE間のID重複を避けるために、厳密な番号付けガイドラインに従う必要があ ります。 MSC Nastranでは、IDの重複なしに全体のモデルを構築することが要求されます。この種 のモデル化では、車両設計変更のたびに、再利用および交換が容易であることから独立し たINCLUDEファイルにておこないます。しかしながら、この方法では、ユーザーは手の込ん だ番号付けルールに従わなければならないので、ファイル管理が難しくなります。また、この 方法は、要件が新しくなると定期的に調整される必要があるため、高い規律と監視の努力を 必要とします。 VolkswagenはMSC Softwareと長年よい関係を保っています。Volkswagenは、MSC Softwareの高度な技術を解析に使用するだけでなく、MSC Nastranの新機能開発要件を 提案しています。最近の開発項目の一つはMSC Nastran「モジュール」機能です。コンピュ ーターリソースが安価になるにつれ、モデルは大規模化しています。Volkswagenによって開 発が推進された、この新しいMSC Nastran「モジュール」と呼ばれるテクノロジーを用いる と、モデル管理が非常に容易になります。 モジュールは、アセンブリ管理ツールとしてMSC Nastranに導入され、通常、アセンブリ全 体の一部またはコンポーネントを含む独立したバルクデータセクションです。モジュールは、 縮退なしの部分スーパーエレメントに類似しています。MSC Nastranはモジュールのインス タンス化と呼ばれるプロセスを使用して、プライマリーモジュールインスタンスを複数作成す ることもできます。 モジュールの主な利点は、既存のプライマリーモジュールのコピーを作成し、平行移動、回 図1:従来のモデル構築

構造

MSC Nastran

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 9 8 | Engineering Reality Magazine

転、ミラーリングするためのプリプロセッサへの依存を低減することであり、これはまた、モ デリング時間を短縮するのに役立ちます。さらに、MSC Nastranのモジュールは、他のいく つかのコードと同様の定義を使用しているため、MSC Nastran BDFをPAM-CRASHを使っ た衝突シミュレーションなどの他のシミュレーション用に迅速に変換することができます。 これらの異なるモジュールを結合する必要もありますが、それに対しては、手動・自動・半自 動の方法でモジュール結合が可能です。 各モジュールには、節点・要素・特性などに対する独自のID番号付けルールが存在します が、ID番号は、モジュール間で一意である必要はありません。 「モジュールアプローチは、時間を節約し、高品質の結果を保証するのに役立ちます。 モ デルの構築・交換だけでなく、NVH・耐久性・非線形解析のプリポスト処理で労力を削減 できます。」とVolkswagenのDr. Brunsは述べています。 モジュールは、通常、例えば自動車のホイールまたはフェンダなどのアセンブリ全体のコン ポーネント要素を表す独立したバルクデータセクションです。モジュールを使用すると、複 数のユーザーがそれぞれバルクデータセクションを作成し、ひとつのMSC Nastran入力 ファイルを形成することを可能にします。各モジュールは、BEGIN MODULEおよびEND MODULEバルクデータエントリで区切られます。 部分スーパーエレメントと同様に、各モジュールは、節点・要素・プロパティのID番号付け スキームがあり、ID番号は、モジュール間で一意である必要はありません。ポスト処理結果 図2:Volkswagenでのモデル構築 図3:MSC Nastran全体のモジュールバルクデ ータセクション

「モジュールアプローチは、時間を節約し、高品質の結

果を保証するのに役立ちます。 モデルの構築・交換だ

けでなく、NVH・耐久性・非線形解析のプリポスト処理

で労力を削減できます。」

- Dr. Bruns, Volkswagen

は、HDF5, F06, pch, op2ファイルで得ら れます。これらのファイルはモジュールご とに分割されています。 結論として、MSC Nastranモジュール は、INCLUDEと同じ特性を持っています が、ID番号の衝突はありません。モジュー ルは、モデルアセンブリプロセスにおける 「番号付け」の作業を低減してくれます。 モジュールを使用すると、自動車OEMは 他の解析グループ(静的、衝突、NVHなど) と簡単にモデルの交換が可能です。最後 に、ユーザーは、車両開発において異なる 設計を試みるために、容易に変数を変更 することができます。

本

誌(Engineering Reality)は、最近ミシガン州にあるGeneral Motors,グローバ ルオートノマスドライビングセンター長であり、急速に存在感を増している車 両セクター (AVs)の専門家でもあるChris Kinser氏にインタビューを行いまし た。Kinser氏は、電動・自律走行システムに長く従事した経験を持ち、彼の率いるチーム はGeneral Motorsの有するいくつもの先進テクノロジー、自動運転車両や自律走行車両、 アクティブセーフティといったテクノロジーを搭載した車両開発を任されています。Kinser 氏のソフトウェア、制御システム、および車両性能の統合に関する専門知識は、Boss Kettering Awardを3回受賞していることでもうかがい知ることができます。Kinser氏 は、Kettering Universityの電気工学士と、Rensselaer Polytechnic Institute,USAの工学 修士を修めています。

自律走行車両試験

インタビュー記事：

Christopher Kinser, General Motors,

Milford, Michigan, USA

インタビュー

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 11 10 | Engineering Reality Magazine

General Motorsでのあなたの役

割と、急速に発展している自動運

転という好機に対するGMの包括

的なアプローチを教えてください。

ミシガン州ミルフォードのGlobal Autonomous Driving Center所長を務め ており、大規模なエンジニアリングチーム を率いています。安全性の向上と交通機関 へのアクセスという形で社会にもたらされ る大きな潜在的便益を通じて、私たちは自 律走行テクノロジーが私たちの持つ、衝突 ゼロ、排出ガスゼロ、渋滞ゼロという世界 ビジョンの中で、重要な役割を果たすと考 えています。 設計、エンジニアリング、バリデーション、テ ストなどすべてを傘下に持つ唯一の会社で あるという点で、General Motorsは、自走車 両の開発と展開に関して、独自のリーダー シップを持っています。私のチームは、US全 土のチームと密接に連携し、自律運転ソリュ ーションの開発に取り組んでいます。

次の10年間で主流となっている自

律移動体への大きな課題は何で

すか。

私たちは、人と物が世界中をどのように移 動するかについて、根本的な変化の中にあ ります。GMでは、自律移動体が確かに大き な役割を果たし、私たちはお客様のニーズ にしたがうことになるでしょう。それはまた、 自動車工学にとって最も困難な課題の1つ であります。自律移動体が主流となるため の最大の課題は、必要なすべてのシステム が自走車両とシームレスに連携することで す。次にハンドルを握るときは、車両を運転 するために実行しているすべてのタスクを 振り返ってください。これらのタスクと同じこ とを実行できるシステムの開発に取り組む ことは、私たちの生涯にわたるエンジニアリ ング上の課題です。そのため、GMでは、安 全な自動運転車両を、自動運転システムを シームレスに統合してゼロから構築する必 要があると考えています。

すべての自律車両は電気自動車で

しょうか？

GMでは、すべての自律車両は電気自動車 になると考えています。電気自動車は、環境 に優しく、都市交通に静かであるばかりで なく、自律車両の最もクリーンで、最も安全 な運転に必要な先進技術をより簡単に統 合することが可能です。例えば電気自動車 はより安定した動力源とより機敏に応答す る推進システムがあるため、対応する内燃 機関に比べ、「生まれながらにして」優位性 を有していると言えます。

なぜGMは自律走行戦略

に、Hexagon/MSCのテクノロジ

ーを選ばれたのでしょう?

私たちは、Hexagonをビジネスフォーカス として、自律走行部門に専念した企業と考 えています。Leicaカメラのようなセンサ技 術とスキャニング技術の組み合わせ、およ びMSCのVTD(仮想テストドライブ)ソフト ウェアのようなシミュレーションソフトウェ アスイートは、市場の多くのニーズを満た します。VTDは、Hardware-in-the-Loop で開発した総合的なGMシミュレーション 環境の中心にあります。私たちは、リアル タイム仮想自動運転車両試験環境におい て、CarSimやSimulink(制御システム用)の ようなソフトウェア製品と共にVTDを使用 しています。

5年後の自律移動体分野でのGM

のビジョンを教えてください。

自律移動体はまだ黎明期であり、私たちは このテクノロジーが世界をよりよくしていく 機会にワクワクしています。エンジニアリン グ/開発面で、お客さまの声に耳を傾け、お 客さまのニーズに応える先進的な移動体ソ リューションを提供していきます。

どの国が完全な自律走行車両を

最初に実用化するとお考えです

か?

具体的な時期については申し上げること はできませんが、私たちはサンフランシス コとUSでの自律走行の共同開発に集中し てきました。

General

Motors

Advances

G

eneral Motorsは、ミシガン州のミルフォード試験場で総合車両性能センターを運営 しています（図2）。Global Autonomous Driving Centerは、この計画の下部組織で、 先進パーキングアシスト、車線維持アシスト、全速域アダプティブクルーズ、およびス ーパークルーズといったアクティブセーフティ機能の開発に焦点を当てています。この業務 はGMのビジョンに沿って行われています。この計画は、GMの衝突ゼロ、排出ガスゼロ、渋 滞ゼロという将来のビジョンに基づいています。チームの使命は、お客様に喜んでいただけ るスムーズで、高品質なドライバーアシストシステムを提供することです。

自動運転へのGMの取り組み

SAEの定める自律性レベルの業界標準スケールは、車両とその能力を議論する際に、学術 的観点から有用です。ただし、新しい車両またはシステムの開発を開始するときは、レベルを 念頭に置くのではなく、安全に実装できると考えられるユースケースと一連の機能から始め ます。この安全性を重視することが、プロセス全体をガイドします。 General Motors社は、設計からエンジニアリング検証、テストまですべてを1つの傘下に収 めている唯一の会社です。これは単に車両を設計し、組み立てるだけではありません。それ はまた、社内のセキュリティおよび接続システムからソフトウェア開発および高解像度マッピ ングまで、すべてが含まれています。私たちは、すべてを1つの参加に置くことで、自律走行 車技術を安全に開発し展開するというユニークな立場になります。

スーパークルーズ

スーパークルーズは、サポートされた道路でハンズフリー運転を可能にする高度なドライバー 支援機能です。それはアダプティブクルーズコントロールとレーンセンタリングコントロール をドライバーアテンションシステム(図3)と組み合わせることで、ハンドルから手を離し、道路 を見るだけで運転することができます。スーパークルーズは、長距離旅行や日常通勤の快適 性と利便性を提供することを目的としています。お客様は定期的に更新された地図を受け取 ります(図4)。 図1:自律走行車両 Cruise 図2：General Motorsが運営するミシガン州のミルフ ォード試験場で総合車両性能センター

General Motorsが推進する

仮想自律走行&

アクティブ・セーフティ

Chris Kinser, General Motors

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 13 12 | Engineering Reality Magazine

ト、検証など、Cruiseの自動運転車両のす べてのステップに組み込まれています。通 常、Cruise自律走行試験車両は日に1400 回の左折(訳註:日本の右折)を安全にこな し、私たちのチームはその全データを解析 し、学習を適用します。自動運転車両のテ ストに関するCruiseの経験に基づくと、サ ンフランシスコでの1分間のテストは、複雑 な決定が下されるため、郊外での1時間の テストと同じくらい貴重です。

参考文献

‘How we built the first real self-driving car (really)’, Kyle Vogt, Cruise, September 11, 2017 Blog Post: https://medium.com/cruise/how- we-built-the-first-real-self-driving-car-really-bd17b0dbda55 図4：生産に移る前のGMスーパークルーズでは、 米国とカナダのすべての主要道路のマッピングが 必要でした

Cruise自律車両(AV)プログラム

2016年5月、GMはシリコンバレーにある傑 出した自動運転ソフトウェア開発技術を持 つ新興企業Cruise Automationの買収を 完了しました。私たちの持つエンジニアリン グと車両開発の専門知識と組み合わせ、 私たちのチームはカリフォルニア州サンフ ランシスコ、アリゾナ州スコッツデール、ミ シガン州ウォーレンにおいて、自動運転車 両のテストを開始しました。2017年9月に は、はじめからくみ上げたドライバーなし で自走する初の自走試乗車をお披露目し ました。 (1) _{安全性は、設計、開発、製造、テス}

安全性は、

設計、開発、

製造、テスト、

検証など、

Cruiseの

自動運転車両

すべてのステップに

組み込まれています。

Volume X - Winter 2019 | mscsoftware.com | 13 12 | Engineering Reality Magazine

図3：GMのスーパークルーズキャデラックドライバー アテンションシステム

持続可能なエンジニアリングはビジネス成長に不可欠です

:

CAEは

地球レベルの環境問題を

解決します

Keith Hanna, VP Marketing, MSC Software

以

前には取るに足らない話題であった地球環境の持続可能性への懸念 は、今やニュースのヘッドラインとなり、この10年、先進国の政治的 優先事項として、ますますその存在感を高めています。 (1, 2) _{昨年の「絶} 滅の乱」運動の直接的行動、アマゾンの熱帯雨林火災、極地の氷床の縮小、山岳氷河の後退 といった気候変動に対する大きな懸念、欧州のグリーン政党の台頭、アメリカの「グリーンニ ューディール」などの環境活動の活性化は、この問題を非常に深刻なものにしています。そし てこの問題の対応を推進するために、議員や議会によって、ますます厳しい環境に関する法 律が立法化されています。ところで、「持続可能性」とは一体なんでしょうか? 持続可能性の概念は、近くにある資源を再利用し、年々生き延びてきた人類の歴史と間違い なく同じくらい古いものですが、1970年代の環境運動の中で、1987年にノルウェーの政治 家Gro Harlem Brandtlandが画期的な「私たち共通の未来」 (3) _{と題する国連のレポートか}

ら、次のように定義され、現在の形態をとるようになりました: 「持続可能な開発は、将来の世代が自らのニーズを満たす能力を損なうことなく、現在のニー ズを満たす開発である。」 Brandtlandの業績に対する国連の行動は、後の京都環境協定(1975年)およびパリ環境協定 (2015年）に繋がります。これらの議定書により、世界の主要国はすべて、有害な、いわゆる「 温室効果ガス」排出の制限と将来の「持続可能な」エネルギー源に対して各国が行動するた めのスケジュールに合意しました。残念なことに、いくつかの国はこれらの議定書を無視して いるため、100%の成功とは言えませんが、議定書は今日の変革に対して、その動機付けと枠 組みを作り出してきました。

持続可能性

14 | Engineering Reality Magazine

地球と持続可能性 - 実際は

どこまで悪化しているのでしょう?

2019年6月のHxGN LIVEにおけるプレゼン テーションで、Hexagonの社長兼CEO, Ola Rollénは、人類が直面する前例のない持続 可能性の課題と美しい青い地球について の基調講演を行い、聴衆に真剣に訴えかけ ました。 (2) _{彼は、地球上の100万種が今日} 生存危機にあるという事実を含む、いくつ かの衝撃的な統計を示しました。実際、有 史以来、私たちは80％の海棲、陸上哺乳類 を含むこの惑星の半数を超える種を絶滅さ せてきました。今日の水準で魚をとり続ける と、2050年までに海の魚を根こそぎ捕獲す ることになるでしょう。過去120年間だけで も、地球表面から10,000,000ヘクタールの 森林を失っています。これはカナダの国土 面積の約1/10にあたります。 現在の惑星地球における環境的危機の大 きな要因は世界の人口増加であり、避ける ことのできない限られた資源を保有しよう とする持続可能性の挑戦であり、世界中 で加速する生活水準の西欧化です。1804 年、世界の人口は、初めて10億人を超えま した。20億人に達するまでにさらに123年 を要し、その後、この星の人口は1960年に 30億人、1975年には40億人となり、今日で は77億人にも達しています。2050年になる と、世界には100億人の人々が住み、私た ちはさらに大きな地球規模の中流消費者 市場を抱えると予測されています。世界の 人口は劇的に増加しましたが、天然資源の 開発においていわゆる「石油ピーク」に到 達しつつあること、毎年全農産物の3分の 1がムダに廃棄されていることを考えると、 持続可能性はそれに伴い拡大してきたとは 言えません。 世界中で、私たちは毎日約200万トンのCO₂ を大気中に排出し、これは私たちが行動を 逆転させない限り、2030年までに倍増する と予測されています。 (2)　_{私たちは、2050年} までに「世界終末の限界」に達するほどの CO₂を排出しており、Rollénによれば、この 排出量を補正することは難しいとのことで す。私たちが毎年排出する温室効果ガスに 関連する360億トンのCO₂のうち、ほぼ35% がエネルギー生産(電力)、25%が農業、20％ が工業から排出され、14％が運輸/輸送、6% が建物からのものです。米国単独では、全 エネルギー生産から出るCO₂の68%のが大 気中に放出され、回収またはリサイクルされ ません。汚染の元凶上位100のうち、79が会 社もしくは企業であり、国はたった29に過ぎ ないとRollénは述べています。 自然分解しない製品の消費は年々増えて います。 - 私たちは、一日平均1,000,000本 のプラスチックボトルを生産し、リサイクル 量は半分以下にとどまっています。2029年 までに50億本以上のプラスチックボトルが 製造され、廃棄され、800万本が毎年海に 流されます。Rollénは、私たちが体内に年 間7,000,000個のマイクロプラスチック粒 子を摂取していると報告しています。確か に私たち西欧世界の使い捨てプラスチッ クへの依存は、ヨーロッパおよび北米でリ サイクルするプラスチックごみの山を作り 出し、政府は捨てることのできない廃棄物 を世界の半分に出荷し、埋め立てに使用し たり、近年増加しているのですが、最終的 に環境規制の緩い開発途上国での不法焼 却に繋がっています。 政治的視点がどうであれ、特に人口増加を 考えたとき、世界中で天然資源やリサイク ル資源の持続的な利用が必要であること は自明の理です。先進国と発展途上国に蔓 延する消費しか考えない傾向、都市化、そし て使えばなくなる化石燃料への依存は、私 たちと私たちの惑星が快適な形で生き残 るために21世紀に取り組まなければならな い大きな問題を生み出しています。実際、ア ジア、北米、ヨーロッパの多くの都市は、低 地の沿岸平野に位置するため、気温が著し く上昇すると、海面水位が上昇する危険性 があると言われています。

製造業の持続可能性:

まだ誰も旅したことのない道、

しかし、前に進む価値のある旅

第二次世界大戦が終戦を迎えたとき、日 本の産業基盤は壊滅状態でした；製造機 械は壊れ、エンジニアは戦後不況の中、不 足しがちな少ない材料で生産ラインを動 かさなければなりませんでした。Edwards Deming教授のようなアメリカの学者らが 来日し、日本の製造業が工場で「トータル・ クオリティ」手法を採用することを奨励しま した。ゆっくりと、20年以上にわたり、日本 は生産効率を世界最高水準のものに引き 上げました。日本の産業は「ジャスト・イン・ タイム・マニュファクチャリング」という言葉 を発明し、その産業を世界トップクラスにし ました。「ものづくり」総合品質生産を表す 日本の言葉「カイゼン」は今ある生産プロ セス内で、段階的に品質/生産性向上を行 っていくことを意味し、すぐに工場内での 製品品質の向上に繋がり、そして廃材を最 小限とし、品質を上げることにより、1960年 代までに生産性は西欧/北米の同等な工場

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16 | Engineering Reality Magazine の2倍となりました。「ジャスト・イン・タイム・ マニュファクチャリング」は、1980年代に西 洋の学者によって「リーン・マニュファクチ ャリング」と再命名され、西洋世界に逆輸 入、広く採用されることとなりました。その 後、工場は20世紀後半に自動化へと向か い、21世紀には自律化へのシフトが散見さ れるようになりました。 すべての世界的な製造業と同様に、機器メ ーカーは、天然資源の減少、政府の規制、社 会的圧力、消費者の選択という四方からの 圧力により、望むと望まざるとにかかわら ず、製品開発基準に持続可能性を盛り込む ことを徐々に強いられるようになってきてい ます。Rollénによれば、今日、ほとんどの企 業がビジネスの成長を望んでおり、既に定 義済みであるにもかかわらず、持続可能性 について多くの議論がなされています。 (2) しかし、すべての定義は同じ概念、すなわ ち、私たちは地球の資源を搾取し、処理で きないほどの無駄を生み出しているという 概念に基づいています。それでは何か良い ニュースはないのでしょうか? いえ、ありま す。Rollénは、地球を犠牲にしなくても、経 済成長を続けることができと言います。今 日、どの企業もぼんやりと見えてきた自律 型のスマートファクトリーやスマートマニュ ファクチャリングプロセス環境下で効率、生 産性、品質の向上を成果として上げたいと 挑んでいます。そして、これらの成果が大規 模に達成できれば、それは、ビジネスを成 長させ続けるだけでなく、私たちが共に棲 む惑星も、成長を続けていくことが可能とな ります。実際、持続可能なものづくりはより 少ない天然資源を使用し、完全な品質とす ることで廃棄物をより少なくし、ゼロエミッ ションを実現することで環境汚染をより少 なくしていくことに繋がります。 全ての産業分野で持続可能性を達成する ために、エンジニアは徐々に持続可能なプ ロセス、製品、バリューチェーンの設計を増 やしていく必要があります。エンジニアリン グデザインにおける持続可能な開発は、4 つの環境レベル、すなわち、地球、社会、ビ ジネスおよびテクノロジーをあわせて考 えなければなりません。問題定義に取り組 み、可能な解決策を総合し、分析し、最終的 に惑星地球とその繁栄に関して、人々の要 求と個別環境レベルの制約の両方を満た す全環境レベルでの最終的な解決策にま で高めていく必要があります。持続可能な 設計エンジニアは、持続可能な製造製品デ ザインプロセスの一部としてエネルギー、 水、食品、健康、その他基礎的な人間の要 求に関する制約を考慮し、満たす必要があ ります。これらはひとたび達成すると、例え ば、より低コストで、安全で、効率的なオペ レーションそしてより長い寿命をもつ産業 設備が立ち上がることになるでしょう。これ は同時に、建屋およびその建設環境が設 計によって過不足なく最適化された資材に より、より少ない手戻りと当初の計画通り、 時間どおり、そして予算どおりにプロジェク トが進められたことを意味します。鉱工業 では、持続可能なエンジニアリングとは、環 境への影響が最小限であり、安全性が優 先され、操作が最大限の効率で行われるこ とを意味します。農業部門、農耕や牧畜で は、持続可能性は最適化された量の種子 や苗、飼料を投入し、ムダを減らし、より低 コストで農家がより多くの収穫や家畜を生 み出すことと考えられます。

持続可能性のための設計とCAE

50年以上前に登場したCAEは、まさに予測 をするというその本質により、より効率的で 高品質の製品開発を牽引してきました。ま た、新たな環境技術の開発もリードしてお り、MSC Softwareはその先駆けとなってい ます。CAEは研究開発の設計プロセスと深 く関わっているので、よりよい、より効率的 な製品をより少ない(時には全くなし)プロ トタイプで設計できることを私たちは何度 も目の当たりにしてきました。これは、材料 の無駄が少なく、スクラップ率が低く、エネ ルギー使用量が少ないことを意味します。 つまり、CAEはそれが適用されるどの産業 においても、それが初めてのものであって も、目的に適合する製品を設計するのに役 立つということです。CAEはまた、世界中の あらゆる製品設計と製造プロセスにおいて 先行(およびプロセス全体と同時進行)して 行われます。これは、投資対効果(ROI)が最 も高い初期の概念設計段階で、望ましくな い性能特性の設計や負の環境影響を回避 するために使用できることを意味します。ま た、CAEは、まだテストされていない製造プ ロセスや新製品を概念化することができ、し たがって、人間または環境の両方に危険な 影響を及ぼすことなく「もし…だったら」シナ リオをテストする非常に費用対効果が高く 安全な方法です。 実際には、これは、CAEが予測シミュレ ーションによる新しい技術の先駆けとな ってきた過去20年間に発電・再生可能 エネルギー部門で行われた研究によっ て最もよく見られます。MSC Nastran, Adams, Cradle CFD, Digimat, Simufact, MaterialCenter, ActranおよびMarcなど のMSC Software製品はすべて、これまで にない全く新しい革新的なエネルギー生 成プロセス、原子炉、次世代船舶、飛行機、 突風を受ける風力タービンモデルのAdamsによる解析

「持続可能な開発とは、

将来の世代が

自らのニーズを満たす能力を

損なうことなく、

現在のニーズを満たす

開発のことである。」

-Gro Harlem Brandtland

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列車、宇宙船および自動車の設計に役立 ってきました。風力および波力/水力ター ビンやゼロエミッションの太陽パネルと言 った再生可能テクノロジーをシミュレート し、構造、音響、流体、製造、機構設計の最 適化に対して、CAEは長年にわたって広範 囲に使用されてきました。簡単にまとめる と、CAEシミュレーションにより希薄燃焼に よる発電が可能となり、設計によるカーボ ンフットプリントの低減を実現しました。し たがって、スケーラブルな持続可能性の費 用が実質的に減少し続けるにつれて、産業 プロセスおよび製造プロセスの改善は、 持続可能性に大きな影響を及ぼすことに なります。 持続可能性および音響シミュレーションの 観点から、私たちのActranは、特殊材料お よびそれらの音響衝撃(例えば、複合材料 および他の新規材料)をシミュレートする ために使用されてきました。トラック、列車、 自動車の駆動騒音の評価や、シミュレーシ ョンにおける騒音の持続可能性に対してグ リーンビルディングコードの評価にも活用 されています。MSC NastranとMSC Apex は、環境にやさしい軽量構造物のための ジェネレーティブデザインを提供するため に、FEAシミュレーションを使用して、機械 構造物の解析における持続可能性の問題 に取り組んできました。それらはまた、廃棄 物と環境的インパクトを低減するために製 造プロセスを最適化や、耐久性を伸ばすこ とにより製品寿命の延長、スマートに連結 された自律型エコシステムの開発を支援 するための総所有コスト(TOC)シミュレー ションに使用されてきました。 要するに、環境持続可能性の必要性は、 初期の製造に対する設計探索フェーズに 持続可能性に関する概念を組み込むこと により、機械的設計プロセスの性質を大き く変化させると私は信じています。また、 今世紀には、CAEシミュレーションによる PLM(Product Lifecycle Management)ソ フトでコンセプト化され、設計された製品を 生み出す、社会に配慮した、環境にやさし い、持続可能な、ハイテクエンジニアリング 製品や企業が新たに生まれる機会があると 考えています。

CAEによる航空機設計における次

世代の持続可能性に向けて

現在の航空宇宙予測では、2036年までに 世界中に34,000機の民間航空機が存在す るとしており、今日の成長率は60%、そのう ち40%が新旧交代のための航空機です。こ のような航空旅行の需要は、アジアがより 豊かになることでもたらされます。また、電 気バッテリ駆動(および混合型)航空機エン ジンに加えて、低エミッションをもたらす太 陽電池パネルを翼上に有する航空機が、飛 行試験前に今日CAEツールによって設計さ れていることもお伝えする価値があります。 特殊部品の積層造形は、特に防衛分野で の適用がより一般的になってきています。 航空機の内部部品は3Dプリンタで製造可 能ですが、特により持続可能な材料で積層 造形される重要な部品、あるいはそれほど 重要でない部品までも、今後増えていくこ とを目の当たりとするでしょう。 新しいAirbus A350-1000とBoeing787ド リームライナーがみな様の近くの空港にま もなくお目見えします。それらは、世界で最 も技術的に進歩した旅客機であり、これら の次世代航空機は、CAEによって広範囲 に設計されてきました。これらの航空機は 1世代前の航空機よりも環境にやさしくな っています。飛行中、燃料が消費されると きその重量に応じて、航空機がわずかにそ のフラップを変形させ、重心を微調整する ため、このとき特にA350の翼は事実、構造 的に変形します。これを行うことにより、飛 行揚抗比が最適化され、従来の航空機に 比べて燃料消費が大幅に低減されます。 エアバスのエンジンは、97,000ポンドの最 大推力(NASAスペースシャトルの推力の4 分の1以上)を生み出す、これまでに最も強 力なものとなります。正味の効果は、8,000 マイルの範囲であり、これは、1回の飛行 でロンドンからオーストラリアのパースま で移動することを意味します。さらに、航空 機のエンジンの設計における最適化され たファン性能は、CAEシミュレーションに よって設計された他の効率改善と相まっ て、A350−1000が他の任意の商用航空機 よりも25%省燃料化を達成したことを示唆 しています。これにより、二酸化炭素排出 量および全体的な旅行者のカーボンフット プリントが低減されます。さらに、エンジン の騒音は、そのクラスにおいて他の航空機 エンジンよりも40%低く、したがって、騒音 公害を最小限に抑えます。 - 全てCAEのお かげです。ボーイングやエアバスの機体は アルミ製ではありません。その代わりに、よ り強く、より軽い特殊な新しいチタン複合 材料が使用されています。これらは興味深 いことに、客室内の空気は以前よりも湿度 が高くなり、まるで乗客は40,000フィートで はなく6,000フィートで典型的な密度およ び湿度の空気を吸っているのと同じ状況と なり、したがって、以前よりも毛髪の静電気 やかゆみ、皮膚の発疹が少なくなるという 追加効果があります。

CAEにより、持続可能な自動車が

道を走ります

自動車産業は、排出ガス規制の強化と自 律モビリティによる変革により、前例のな い変化を遂げています。欧州連合だけで も、2020年にはCO2 規制が新たに施行さ れ、すべての新型乗用車に95gのCO2 /km の排出目標が設定され、現在と比較して 27%減少される予定です。この目標は、排 出基準を満たすことができなかった製造 業者に対して、自動車1台あたり、過剰排出 量g/kmごとに95ユーロが課される過剰排 出科料と結びつけられます。デンマークで は、2030年までに内燃機関車両を全面的 に禁止します。ロンドンのような主要都市で は、危険な粒子状物質の放出を最小限にす るために、今日、都市中心部で全てのディ ーゼルエンジン車を禁止しています。ノルウ ェーは2025年までに通常車を段階的に廃 止し、2040年にフランス、2050年に英国が それに続きます。インドは、(経済的に採算 が取れるのであれば)2030年までに新しい ガソリンやディーゼル車は廃止すると述べ ています。 欧州の排出ガス削減目標を達成するため には、すべてのOEM車でパワートレインの 電動化が必要です。実際、自動車内の電 気パワートレインの出現は、製造上の多く の複雑さを取り除き、結果として持続可能 性の恩恵をもたらします。従来の内燃機関 は、通常1400個の部分を有しますが、電気 自動車のパワートレインは200個に過ぎ ず、したがって、原理的には製造はより容 易になります。2040年の新車販売台数の 54%は電気自動車になると見込まれてい ます。 (5) また、今日では、あらゆる軽量化技術が、自 動車製造の標準として採用されています。 複合材料は、かつてはF1カーにのみ使用 されていましたが、いまでは、サルーンカー でも普及しつつあります。また、もちろん、 自律車両が今後5〜10年間に地上輸送産 業にもたらす大きな変革は、ほとんどが電 気自動車であるため、ゼロエミッションに 近い、より小さな騒音、より長い車両寿命、 およびより多くの使用などの持続可能性 の利益にもつながります。 自動車の持続可能性に向けたMSC Softwareソリューションとして、私たち は広範な排気と駆動による環境騒音予 測および粒子状物質の排出モデリング 同様に排気消音器の流体-音響連成シミ ュレーションを見据えています。複合材 料および積層造形機能を持つ、当社の Digimat, Simufact, MaterialCenterの 軽量化ソリューションは、クラス最高のも のであり、MSC NastranおよびActranに よるNVHは、非常に高い評価を受けてい ます。ADASシステムの環境仮想試験と自 律車両に対するVTD使用の増加は今日 および未来の車両の安全と正しい、最初 のタイミングでの普及を確実にします。

私たちは物質界に生きており、持

続可能性の問題を抱えています

私たちが住んでいる世界中のあらゆる場 所に材料があると言っても間違いではあ りません。 私たちが触れ、使用する全ての製品には、 天然であれ、人の手によるものであれ、大 いなる多様性があります。世界材料フォー ラムのVictoire de Margerieによると、私 たちの惑星にある材料資源は、有限であ り、過剰採掘やリサイクルの不足により強 い圧力下にあります。(5) _{彼女は世界中の} コバルトの60%が、電気電池が発火しな いようにするために使用されていますが、 それらは世界で最も不安定なアフリカコ ンゴ民主共和国から供給されており、代

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替となる物質はなく、公知の埋蔵量は残り たった25年であるといった懸念を引用し、 いくつかのボトルネックを特定しました。ス マートフォンを考えると、今日の世界には 27億台があり、10年前に比べて10倍に増 加しています。すべてのスマートフォンは、 そのスクリーンに希土類金属を使用してお り、すべての希土類生産の90%が中国によ って支配されています。そして、多くの国が これを国家安全保障上の懸念と見なして います。市場リーダーであるAppleは、スマ ートフォンのリサイクル可能性を支援する だけでなく、ビジネスリスクにならないよう に十分な希土類金属を利用できるようにす るために、スマートフォンの大幅な買い戻 しプログラムを作成しました。したがって、 持続可能性は、いくつかの産業および応用 分野において経済的な推進力になりつつ あります。 今日、世界のあらゆるCAEシミュレーション は精度よい結果を出すために、正確な材料 特性を必要とします。したがって、工学シミ ュレーション予測における持続可能性は、 製造プロセス全体を通して適切な材料利 用および最適化を必要とします。また、すべ てのCAEシミュレーションでは、製品のライ フサイクル全体にわたって追跡可能な部品 を備えた完全に追跡可能なシミュレーショ ンサプライチェーンと、概念的なアイデアか らリサイクルまでの循環経済が必要とされ るべきです。. 材料の持続可能性に対応するため、包括的 10x材料ソリューション戦略を策定し、MSC SoftwareのMaterialCenterとDigmat製 品ラインはその中核です。；包括的10x材料 ソリューションとは、仮想材料開発、仮想材 料試験、全ての主要なFEAコードの先進的 (マルチスケール)および標準的な材料モ デルをサポートし、積層造形の効果を考慮 することができ、自動繊維配向と欠損の影 響に対応し、デジタル世界での連続性と材 料を中心としたデジタルツインに対応、AI( 人工知能)を活用し、そして最終的には材 料コンプライアンスと持続可能性を確実 にするソリューションのことです。一例とし て、MaterialCenterは、航空宇宙材料デー タおよびプロセス管理の現在および将来 のニーズに対する完全なソリューションを 提供します。MaterialCenterは完全な材料 ワークフローを管理するために設計されて おり、全ての材料関連の活動をただひとつ のエントリーポイントから利用できるように なっています；このことは、複数のエンジニ アがトレース可能な統合プロセスから得ら れる承認済みの同じ材料データを使用す ることを保証し、その結果、シミュレーショ ンの信頼性の向上、データ損失の低減、そ して手作業による単純で退屈なデータ管 理作業の解消を実現することができ ます。これによりお客様が現在経験 している10倍の生産性向上がもたら されます。 持続可能性とコンプライアンス の観点から、Hexagon/MSCの e-Xstream Engineeringチームは、 デジタル循環エコノミーの草分け とも言えるドイツのiPoint GmbH社 と協働して、「持続可能な材料」管 理とシミュレーションソリューション を、生産性の高い、他に類を見ない ICME(Integrated Computational Material Engineering;統合型計算 材料工学)ソリューションの1コンポ ーネントとして提供しています。ま た、iPoint Systemsとのパートナー シップにより、MaterialCenter 2020 において、環境コンプライアンスチェ ックを直接統合することができ、物 理データセットとシミュレーションデ ータセットの両方の特性を比較する ことができます。材料の環境的、社 会的なコンプライアンスは複雑な様 相を示しており、多くの組織にとっ て重要度の高い側面を持っていま す。iPointのコンプライアンス・アプリ ケーション(iPCA)をMSC Software のMaterialCenter 2020に直接統合 することで、組織で開発した材料を組み合 わせるという他に類を見ない機能を提供 し、迅速で信頼性の高い環境コンプライア ンスチェックを実現することができます。こ のソフトウェアとのパートナーシップは私 たちが、信頼の置ける迅速な環境コンプラ イアンスチェックを可能とし、会社の材料管 理と、物理データとシミュレーションデータ の比較を可能にする最新の法規制REACH あるいはRoHSなどに関する最新の情報 とを融合させる他にない機能を持ちます。 これらのソフトウェアを組み合わせること により、材料エンジニア、デザインエンジニ ア、CAE解析者、およびコンプライアンス専 門家にそれぞれの専門分野で必要とされ る全ての機能と他の分野で必要とする情 報とあわせて提供します。真に循環型の経 済と持続可能なサプライ・チェーンの前提 条件ですが、このフロントローディングによ るアプローチは製品製造プロセスにおい て責任ある材料設計に対する決定を可能 とします。s.

まとめ

21世紀において、持続可能性は、全ての産 業部門および製造業にわたるグローバル 化された経済において最優先の課題とな っています。社会的、環境的、経済的潮流が 持続可能性の課題を漸進させます。そして、 この存在ニーズと技術的機会の融合は、製 品性能、製品品質、製品製造可能性、そして 最終的には製品と材料のリサイクル可能 性を改善するために、持続可能なエンジニ アリングデザインソリューションを必要とし ます。CAEシミュレーションがうまく行われ ると、製造生産における無駄を最小限に抑 え、すなわちリコール、スクラップ、および 手戻りがなくなることを意味します。CAEシ ミュレーションを利用することで、持続可能 な設計は、私たちのお客様が経済的な恩恵 を受けることに役立つだけでなく、同時に、 人類が持つ、私たちの惑星とその限りある 資源に対する、常に膨らみ続ける憂慮を解 決することに役立ちます。Hexagon, MSC のどちらにも、私たちの持続可能性に関す るビジョンを具現化する簡単な「魔法の言 葉」があります。それは

“Do Well to Do Good.”

（良いことを成すには成功しなさい） です。私たちは、持続可能なエンジニアリ ングの実行は、経済的にプラスの意味が あると信じていますし、そのことに対して将 来、子供や孫たちは私たちに肯定的であ ると信じています。そして、このことは人類 が石器時代に戻ることなく実現すると言う ことです。

参考文献

1. “Engineering for Sustainability - A Practical Guide for Sustainable Design” by G. Jonker, Elsevier Press, 2012, ISBN 044453846 2. “Your Data can Save the World”, Ola Rollén

Keynote Speech, HxGN LIVE 2019, Las Vegas, USA https://www.youtube.com/ watch?v=tYWuwVJylVQ

3. “World Commission on Environment and Development, Our Common Future”, Brundtland, G.H. United Nations Report A/42/427, 1987

4. “Towards Sustainable Design in the Sports & Leisure Industry”, Hanna, R.K & Subic, A, International Journal of Sustainable Design 1(1), January 2008

5. “Sustainable Growth Thanks to Using Materials Smarter, Less & Longer”, Victoire de Margerie, ICME Conference, Bordeaux, France, October 1st 2019

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特集記事

フォード・モーター社

実証試験への

依存傾向を減らすために

Adams Real Timeを活用

Tony Ge, Ford Motor Company

Eric Pesheck, Paspuleti Rahul Naidu,

Michael Collingridge, Hemanth

Kolera-Gokula, MSC Software

自

動車産業は、限られたリソースの開発環境のもと市場の要求に逐次対応して いかなければならないため、常に重圧がかかる状況下におかれています。た とえ実機の試作開発予算が削減された場合でも、既に決められた開発期間に 間に合わせなければなりません。フォード・モーター社（以下、フォード社）でも世 界トップクラスの乗用車を顧客に提供するために、乗車時の印象に直結する重要な要 因である操縦安定性と乗心地性能を両立させるための開発に注力しています。 この２つの性能要件はトランスミッションの伝達性能が大きく影響します。そのため、フォー ド社では車両状態に組み上げた後の試作車を用いてトランスミッション装置の性能キャリ ブレーション試験を実施していたため、様々な部品の影響を考慮しなければならいないこと から、試験全体の工程数が増加し作業時間と作業費用の両方が増加する傾向にありました。 この問題を解決するために、エムエスシーソフトウェア社（以下、MSC社）の技術サービス部 門の協力のもと、フォード社では変速装置のキャリブレーションにハードウェアインザループ 試験(Hardware in the Loop; 以下、HIL試験)プロセスを導入して、実機試験への依存傾向 を減らす取り組みを試みました。

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フォード社は長年にわたりAdamsの車両 ダイナミクスモデルを開発の上流工程に使 用してきましたが、2017年にAdams Real Time (以下、Adams RT)がリリースされた 際に、下流工程での性能試験と性能調整キ ャリブレーションのために、上流にて使用し ているAdamsの車両モデルを活用する検 討を始めました。 MSC社とフォード社の共同作業の元、実機 コンポーネントの試験ベンチとAdams RT の車両モデルを組み合わせたHIL試験環 境を構築し、複数の仮想車両プラットフォ ームに対する変速挙動を評価しました。試 作段階のエンジンおよびトランスミッション を仮想の車両モデルに接続して、駆動系が 搭載した試験状態を再現しました。そのた めに、以下のような3つの試験前作業を行 いました。 • 車両モデルの変換:従来のリアルタイ ム用モデルのような自由度低減は行 わずに、既存のAdams車両モデルを そのままリアルタイム用OSを搭載した ハードウェア上にて実行できるAdams RTモデルに変換しました。 • 車両モデルの接続準備:　仮想モデル を実機のHIL試験ベンチに接続するた めの準備を行いました。　主な準備と しては、実機と接続するための信号の 入出力を追加し、Adams Solverのリア ルタイム用設定を行った後、FMI規格 のco-simulation条件に準拠したFMU (Functional Mock-up Unit)に変換し ました。 • HIL試験ベンチの構築：　HIL試験用の リアルタイム用のOSを搭載したハード ウェア上にFMU モデルを読み込み、 実機コンポーネントと接続する前に、 仮想車両モデル単体での性能調整キ ャリブレーションを行いました。 リアルタイムOS上のAdams RTモデル は、フォード社にて従来から使用している Adams 車両モデルから作成するため、追 加作業工数を最小限に抑えることができ ました。同時に、上流工程の詳細設計用の 車両モデルと下流工程のリアルタイム用 の簡易車両モデルを別工程で作成した際 のモデルの性能劣化を抑えることができ ました。 この駆動系を搭載した車両挙動を再現す るために、リーフ・スプリングの影響を考慮 する必要がありました。しかし、分割した板 バネを梁要素にして接続した詳細なビーム 機構では、リアルタイム計算にとって計算負 荷が高いことが懸念されたため、同等の挙 動が再現可能な5分割リンク機構に置き換 えました。このリンク機構の特性を定義する ために、詳細なリーフ・スプリングをつけた サスペンションのサブシステムにてK&C試 験解析を実施し、スプリング特性のための 目標値を予め算出しました。その後、詳細な スピード トルク

ハードウェアインザループ試験（HIL試験）

ビーム機構の「一次周波数、プリロード、並 進と回転の剛性」などを目的関数、5分割リ ンク機構の「ハードポイントとブッシュ特性」 などの設計変数とした実験計画法（DOE） を実施しました。Adams RT用の車両自由 度は150自由度もあるため、元の機構モデ ルの接続トポロジーおよび諸元パラメータ をそのまま継承しています。そのため、ハー ドポイント、ジョイント、スプリング、ダンパお よびブッシング等の個別の要素もそのまま Adams RTモデルに引き継がれ、これらの 要素の諸元変更も可能になりました。また、 自由度を保持することにより、車両システム の応答結果に高次の周波数特性を含むこ とができるため、個別の要素を変更した検 証も可能になりました。 こうしてAdams RT用に調整した車両モデ ルをFMUとしてエクスポートし、HIL試験環 境と接続して様々な駆動伝達試験を実行 しました。今後、FMUの中に定義されてい るハードポイントやブッシュ等の諸元パラ メータを解析中に変更するための機能強 化を行う予定です。 そうすることにより、参 照しているAdamsモデルの諸元を変更す るためにエンジニアが新たにFMUを書き 出す必要がなくなり、一度エクスポートした FMUのまま取り付け位置のパラメータ変 更や車両剛性の調整が可能になります。 モデルの調整が終えた後、稼働状態のトラ ンスミッションの出力トルクを計測しなが ら送信し、Adams RT用の車両モデルは受 信したトルク信号を駆動トルクとして入力 しました。これと同じタイミングで走行状態 のAdams RTモデルのドライブシャフト角 速度を送信し、試験ベンチは受信した角速 度信号をエンジンとトランスミッションに入 力しました。さらに、乗り心地指数にも関係 しているトランスミッションの歯車シフト時 の車両挙動をみるために、Adams RT用の 車両モデルの前後加速度も計測しました。 仮想の車両モデルと実機の試験ベンチを 組み合わせて実稼働状態に近い車両挙動 をシミュレ−ションすることが可能になっ たため、フォード社では実機試験を減らし ても、試験工程の作業効率をあげつつ広 範囲の試験条件を検証する見通しが出て きました。 このHIL試験によって得られた車両挙動結 果と実際の車両試験データと比較したとこ ろ、実車の入力トルクに対する仮想の車両 応答が妥当であることが確認できました。 図1: 50%ペダル入力時の車輪速の計測結果 （青）と解析結果（赤）の比較 ※OSSとはOutput Shaft Speed

図2: 50%ペダル入力時の前後加速度の計測結 果（青）と解析結果（赤）の比較 ACC 図１は車輪速の計測結果と解析結果の比 較、図２は前後加速度の計測結果と解析結 果の比較です。歯車シフト中の車両挙動の 計測結果と解析結果が比較的一致してい る傾向が見られました。つまり、どのアクセ ルペダルのポジションに対してもAdams RT用の車両モデルでの挙動予測は妥当性 があるといえます。この検証の後、実機に要 求されている水準になるように、HIL試験環 境に接続されている試験ベンチにてトラン スミッションのパラメータの性能測定と挙 動補正を行いました。 こうして、フォード社が目的としていた屋外 での実機試験への依存傾向を減らすため に、回転駆動ベンチ試験にHIL環境を取り 入れた、試作室内でのトランスミッションの 性能補正のプロセスの構築ができました。 今後はこのプロセスを用いて、試作段階の エンジンとトランスミッションを、異なる車 両プラットフォームに搭載して異なる条件 下での走行負荷試験を実施していきます。

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正確な設計判断と

工学タイムラインの短縮

CADLM技術の活用

Kambiz Kayvantash, CEO, CADLM

Hemanth Kolera-Gokula ,Fabio Scannavino,

Manuel Chene, Raoul Spote, MSC Software

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AI / 機械学習