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システムシミュレーション

Overview

企画設計段階からシステム全体の性能を評価し、顧客の多様な要求の成立性を早期に検証

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。

たとえば、IDAJが取り扱っているマルチフィジックス・システムシミュレーションツール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。

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。

  • 流体・音響・熱・機械・電気・電磁気・化学・制御あらゆる物理領域をシステムレベル~詳細レベルまでカバー GT-SUITEページへ
  • 業界トップクラスの実績を持つ米国EC-Power社の技術によるリチウムイオン電池性能シミュレーター GT-AutoLionページへ
  • 計算ソルバー・縮退技術とマルチドメインインターフェースを備えた統合システムモデラー Ansys Twin Builderページへ

特化型のシステムシミュレーションとしては、建築分野における評価技術があります。建築業界では、省CO2対策が非常に重要なファクターになっていて、住環境制御のIoT化や、私たちの要求も多様化・高度化するなかで、従来までの開発手法では建物全体のエネルギー評価が難しくなってきています。昨今ではデジタル技術の活用およびBIM(Building Information Modeling)プロセスなどを通じて、設計プロセスの見直しが進んでいます。

なお、2050年までにグローバルで温室効果ガス排出量の半減を実現するためには、日本においても2050年までの長期目標として、現状から60~80%の削減を行う必要があるといわれています。

  • 住宅・建築物のライフサイクルを通じた環境対策
  • 住宅・建築物におけるエネルギー消費の一層の削減方策
  • 住宅・建築物の総合的な環境性能評価の推進方策

を意匠設計、コンセプト設計の段階から考慮した設計手法は必須の技術です。

IDAJでは、BIMプロセスに合致した、建物環境をシミュレーションするソフトウェアをご提案致します。日照や光、温熱環境などの性能解析機能が統合されたソリューションで、上流段階から把握することで設計プロセスを高速化させることができます。

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