設計・開発の上流から下流まで適用することができる”システムシミュレーション”

設計・開発プロセスは概念設計からはじまり、ラフスケッチやシステム構成図を用いて、商品開発の方向性や構想を定めるフェーズがあります。このような設計の上流段階では設計情報があいまいなため、3D-CADや3Dシミュレーション（3D-CAE）等のような寸法情報を必要とする設計支援ツールを適用することが難しいフェーズとなります。したがって、設計の上流フェーズから設計・開発対象となるシステムのおおよその性能や振る舞い、システム全体の成立性を俯瞰することができる評価技術が望まれています。設計・開発プロセスの早い段階でシステムレベルの性能検討が可能になれば、後工程において手戻りの少ないプロセスの実現により近づくことが期待されています。

設計・開発の上流から下流まで全般的に適用可能な技術の1つに、”システムシミュレーション”呼ばれるデジタル・エンジニアリング技術があります。

3D-CAEは、部品の詳細な形状をなるべく忠実にモデル化して解析することで、形状に起因する様々な性能の予測や現象把握が可能ですが、一般的に計算時間がかかるという欠点があります。
一方システムシミレーションでは、解析対象物の形状を長さや径など特徴的なパラメータによってモデル化し、一方向の物理量だけを解くため、比較的少ない計算時間で解析することができます。そのため、細かい形状諸元が確定していない製品開発の初期段階から利用されることが増えています。

GT-SUITEは、1次元の流体・燃焼計算、機械部品の動力学的計算、電気・電磁気計算など複合領域の計算を１つのプログラムに統合したツールです。
エンジンや冷却系、車両などのコンポーネントレベルのシミュレーションから、各コンポーネントを統合した全体系シミュレーションまでに対応した自動車業界ではデファクトスタンダードとなっています。

GT-SUITEを導入するメリット

• 複雑なシステムを構成するパーツを、必要に応じて詳細にモデル化した上で、パーツ間の相互作用を再現することができる
• 機能間でバージョンを統一することができる
• 部署間で共通のツールとして使用し、”共通言語”とすることができる
• データの共有がスムーズになり、間違いを起こさない
• 過度解析を行う上で非常に重要な「仮想のエンジン＋車両モデル」を共有することができる
• 複数の他のソフトウェアを組み合わせて使用する場合と比較してコスト削減につながる

• 流体ライブラリ（1次元、擬似3次元）
• 音響ライブラリ（非線形、線形）
• 熱ライブラリ（集中系、有限要素解析）
• 機械ライブラリ（運動学、マルチボディダイナミクス、周波数領域解析）
• 電気および電磁気ライブラリ（回路、電磁装置）
• 化学ライブラリ（化学反応）
• 制御ライブラリ（信号処理）

• GT-ISE：モデル構築のための洗練されたプリプロセッサ
• GT-POST： GT-SUITE専用に設計された、結果のグラフ、コンター図、アニメーション表示、実験値との比較などが可能なポストプロセッサ
• Integrated Design Optimizer：設計パラメータの最適化や、実測データに対するモデルのキャリブレーションを実現する先進的な最適化機能
• DOE tool：実験計画法に基づいた大規模計算設定のためのツール
• DOE-POST：実験計画法による計算結果（応答曲面）を基に最適化
• Distributed computing：複数コンピュータを用いて大規模計算を分散実行させる機能
• Neural-Network：CPU負荷の高い複雑なモデルの計算結果を学習し、高い再現性を持った高速モデルを自動生成
• GEM3D：3DのCADモデルをGT-SUITEモデルに変換
• COOL3D：エンジンルーム内の熱交換器やファンの配置検討モデル生成
• VTDESIGN：カム形状と動弁系のレイアウトを視覚的にデザイン
• 解析結果をMySQLデータベースに記録
• 3次元CFDコードCONVERGE、Ansys Fluent、Simcenter STAR-CCM+、FIREとの連成
• MATLAB/Simulink (MathWork社) との連成
• ユーザーサブルーチンによる独自モデルの利用
• Electric Motor：JMAG-RTとの連成、JMAG-Expressとの連携

GT-SUITEの機能を強化するツール・オプションツール

輸送機器関連の電動化の流れを受けて、自動車や航空機、充給電などのあらゆる場面でパワーコンバーターの重要性が高まっています。GT-PowerForgeはパワーコンバータの設計・評価に特化したクラウド型システムシミュレーションツールで、どなたでも簡単に、短時間でパワーコンバータを設計・評価することができる唯一無二のソリューションです。

同様に、電動化に必須となるモーター設計に対しても、システムレベルの検討に対応した評価技術が必要になります。手軽さと同時に精度や他システムとの連携のしやすさという点においては、GT-FEMAGは優れたソリューションとなり得ます。
代表的なモーター形状テンプレートを用いて電動モーターの性能マップを素早く計算し、単体はもちろん、システム環境レベルにおける電動モーターの挙動解析を、GT-SUITEプラットフォーム上で完結させることができます。

また、システムを構成するサブシステムの一部において3D-CAE相当の精度が必要になる場合や、1つのシステムではあるが、熱、制御、電気回路、ノイズなどと言うように設計・開発対象がバラバラで、さらに各々の現象を解析できるCAEツールが異なることがあります。
ただ、初期検討から詳細度の高いモデルを各領域で使用することは計算負荷の観点でも非効率であり、また評価対象が局所的になるためシステム全体を俯瞰した設計・開発には適さないという題があります。その際は、必要に応じた縮退（ROM：Reduced-Order Model）モデリング機能などを用いることで、対象となる高負荷なCAEモデルを高速な代理モデルとして出力し、システムシミュレーションに取り込むことが可能な技術があります。