【寄稿】デジタルツインによってDXを促進 Ansys

Ansysは50年の歴史を持つエンジニアリングシミュレーションソフトウェアの専業企業である。

当社はお客様が先進的な製品を​設計・製品化できるよう支援する事を使命としており、​50年間常に顧客企業によるイノベーションを実現するための支援を行ってきた。

特に市場から顧客企業に対しての要求は年々複雑になり、さらに競争もグローバルで激化しているため製造業にもデジタルトランスフォーメーションの実現が求められているのは周知の事実だが、ここでもAnsysによるシミュレーション技術の活用でそれを実現する企業が続々と出てきている。

例えばロールスロイス社とエレクトロフライト社は時速300マイルを超える完全電動航空機の開発に成功し、航空機の第3世代を先導している。

ケルヒャー社は製品開発にAnsysのシステムシミュレーションを導入し、従来各コンポーネントで個別に行っていたシミュレーションをシステムレベルで行い全体像を把握しながら最適化をすることに成功。さらに数日かかっていたバッテリーパックのシミュレーションも次数低減モデル(ROM)という技術を利用して2分以内に抑えることが可能になった。

また時間とコストの掛かっていた試作品作成も回避することができたため、プロジェクト全体の成果として性能向上、コスト削減、開発期間の短縮を実現している。さらに近年ではシミュレーションを活用したデジタルツインが製造(生産)の現場でも利用が進んでいる。

Ansysが得意とするデジタルツイン

デジタルツインというと小規模な装置単位から大規模な工場やプラント全体をさすこともあるが、Ansysが得意とするのは、単純にセンサーやAIでは対応しきれないコアな装置である。

例えば攪拌槽では攪拌が終わって装置から出てきた状態を見るまで中の様子は確認できない。そのため十分に攪拌されているか、攪拌中の温度分布はどうなっていて、温度が高すぎたり低すぎたりしていないかなど、センサーや目視ではわからない。

そういった装置に関しては物理ベースのシミュレーションを利用する事で限られたセンサーなどの情報から的確に内部の状態を割り出すことが可能で、必要に応じて温度の調節や攪拌スピードを変更したらどうなるかといったこともデジタルツインを使ってシミュレーションで試し、最適な対応を実機制御に対して行うといったことが可能だ。

従来からシミュレーションは製品や設備の設計などに多く使われてきた。自動車のボディーや航空機の羽の設計などで空気の流れや抵抗を可視化するなど目で見てわかる成果が出るものから、配管を流れる液体の流れや熱交換、構造部品にかかる応力や疲労予測など様々な設計で利用されている。

物理ベースのシミュレーションをリアルタイムで処理可能に

物理ベースのシミュレーションは精度が高いが計算に高速なコンピュータと時間が必要なため、時々刻々と変化する状態に関してシミュレーションを使って可視化するようなことは不可能だと思われてきた。しかし、現在ではROM技術が開発されスーパーコンピュータや大規模な計算機を使って数時間から数日計算に必要とされていた計算が通常のコンピュータでも数ミリ秒で解を得ることができるようになった。

もちろんこれは魔法の技術ではなく設計時にあらかじめシミュレーションを行い、それを後で利用するために、ROMを作成しておき、それを使ってほぼリアルタイムに計算の解を得るため非常に高い精度で計算した時と同等の解を得ることができるというものである。この技術によってセンサーなどから入力したデータを使って内部の状況をシミュレーションし、バーチャル(デジタル)の世界で現実の装置の内部状態などを確認することを可能にしている。

デジタルツインによって得られる多くのメリット

これを応用することで力の掛かる部品の疲労による故障やモーターや発電機、バッテリーなどのパフォーマンスが発揮できていない状況なども把握することができるため、適切な制御による最適なマネージメントが可能になっている。

また、炉や窯などを利用して加工を行う際など、非常に高度な知識と経験が無ければ適切に制御することが困難だった工程でも活用することで、ベテランエンジニアの経験に依存していたアナログ要素のある制御から、完全デジタルへトランスフォーメーションすることを可能にしている。

デジタルツインのメリットとしては、他にもバーチャルコミッショニングによって事前検証しておき製造ラインを構築する際の現地調整を短くしながらも、そのパフォーマンスを最大限に活かす効率の良さやスピードを実現することができる。

また装置の故障も予測し、予期しないダウンタイムを最小限にとどめることが可能だ。さらに稼働している設備とともに、デジタルツインを使って様々な変更を試し、生産コストを下げたり、生産量をより多いものにしたりといった最適化を試すことができる。さらに、規模の大きなプラントや工場のデジタルツインを構築する際の一部として稼働することも可能だ。

Ansysは他にもPTC社、Rockwell Automation社、Microsoft社、SAP社などと提携によって顧客が必要とする最適なデジタルツインを提供している。

Ansysのデジタルツインに関する詳細や事例などについては当社のデジタルツイン特設ページでぜひご閲覧いただきたい。

デジタルツイン特設ページURL  https://ansys.oatnd.com/digitaltwin-promotion

Ansys ウェブサイト  https://www.ansys.com/ja-jp

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