プラント系デジタルエンジニアリング環境の現状と展望

第24回　『A-TS12-05設計研究会』 2008年1月22日
プラント系デジタルエンジニアリング
環境の現状と展望
［抜粋］
(株)日立製作所　日立研究所　原島 一郎
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Hitachi Research Laboratory　Copyright © 2008, Hitachi, Ltd. All rights reserved.
デジタルエンジニアリングの現状(概要)
自社開発ツールから市販ツール活用による解析/設計/製造準備支援
•［CAE］ 大規模解析、複雑物理現象解析、弱連成解析、最適化、簡易CAE
•［CAD］ パラメトリックモデリング、テンプレートモデリング
•［CAM］ 各種製造シミュレータ、生産性・信頼性評価
•［プロセス］ 業務ナビゲータ（設計プロセスナビゲータ）
•自社ツール開発から市販ツール高度活用へ
＊ただし評価ツールやプラント設計支援ツールは自社開発の比率が高い　量産系、プラント系でツール活用レベルの違いはあるものの、
真の「統合設計支援システム」という意味では道半ば
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デジタルエンジニアリングの三要素
デジタルエンジニアリングの成功には、機能設計、形状設計、モノづくりプロセス
それぞれの革新と相互連携強化が必要
設計品質の向上
・解析主導型設計（ALD）の実現
機能設計
形状設計
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モノづくり
プロセス
形状モデルの有効活用
PLM/プロジェクト/知識管理
・開発、設計から製造までのデジタル連携
・製品/プロジェクトライフサイクルを支援
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ALD（解析主導型設計）の社外事例
GEAEのマスターモデルコンセプトによるタービン開発期間短縮・品質確保
マスターモデルにリンク付けされた
解析・製造コンテキストモデル
連動
マスターモデル
＝　構成管理のもと、中核として格納
された形状の単一表現
連動
マスターモデルにリンク付けされた
デジタルモックアップ
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LIMM
(Linked Intelligent Master Model)
効果
標準（マスター）モデルを設定し、
解析から製造モデルまでを
統合的にリンク付けすることで、
開発期間を短縮（48ヶ月→24ヶ月
→？）。
ハードル
・マスターモデルのメンテナンスに
膨大な工数
・厳密なトルゲート設定
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形状モデルの有効活用
形状モデル資産活用
• 実績のある部品の流用
• 実績のある部品形状要素（形状フィーチャ）の流用
• 実績のあるモデリング操作、解析操作、加工プロセスの流用
形状に関する
要素技術
検索技術
・部品検索
・類似形状検索
・類似プロセス検索
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編集技術
・形状変形
・形状簡略化
・形状（要素）置換
検証技術
・数値計算
・シミュレーション
・クライテリアチェック
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検索技術
類似形状要素検索［自社開発］
類似形状部品・形状要素の流用、さらにそれらに対する形状操作、
加工プロセスの流用により、3Dモデリング工数の低減を実現
トポロジー一致/完全一致/メッシュ形状検索
多次元評価ビューによる類似形状検索
問い合わせ形状
類似形状要素が近傍に配置
穴
径
穴深さ
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編集技術
形状簡略化［自社開発］
3D形状の簡略化機能により、解析準備プロセス、加工準備プロセスにおけ
る
3Dモデリング工数の低減を実現
類似形状検索結果
一括簡略化
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PLM/プロジェクト/知識管理
製品企画から廃棄までの製品／プロジェクトのライフサイクルにわたるサポートを
各種ツールとデータベース群で実行
企画
PR
受注
開発
設計
CRM/CSR/環境
調達
製造
検査
輸送
PDM/ERP/SCM/MES
CAE
CAD/CAM
建設
ﾓﾆﾀ
ﾘﾝｸﾞ
試運転
保守
補修
撤去
CRM/廃棄/リサイクル
CAT
PLM/プロジェクト管理/ナレッジベースシステム
CRM/CSR/環境
データ
CAD/CAE/CAM/CAT
データ
Smart　Engineering
Advanced Simulation
CRM：Customer Relation Management，CSR： Corporate Social Responsibility,
PDM： Product Data Management, ERP： Enterprise Resource Planning, MES：
Manufacturing Execution System, SCM: Supply Chain Management
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PDM/ERP/SCM/MES
データ
CRM/廃棄/ﾘｻｲｸﾙ
データ
将来
情報連鎖の自動化と高度化
DEワークベンチ
従来のモジュール型
プロセス
＋すり合わせ型
プロセス
に対応
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プラント設計の特徴
量産製品設計との比較によるプラント設計の特徴
機器設計と配管等、全体プラント設計の連携
重厚長大
機能設計
膨大な製品データ量
標準化困難
プラント設計
モノづくり
プロセス
形状設計
複雑な機器形状
長期の製品ライフサイクル
建設プロセス
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受注生産
機器輸送プロセス
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プラント設計における課題
製品の特徴
課題
•大型、複雑、高精度な製品形状
•受注による少量生産
•新規開発部分が多い
•3Dモデル化、解析、製造が困難
•コスト見積もりが困難
•部品、開発プロセスの標準化が困難
エンジニアリング支援ツールの活用は限定的、局所的、一時的
個々のツールを有機的に連携し、持続的にメンテナンス可能な
しくみ（モデル、システム、体制）が必要
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今後の展望
プラント系デジタルエンジニアリングにおける技術要求
ニーズ
• ハードウェア、ソフトウェアの進歩による大規模設計対象への対応
大規模なCAD/CAE/CAMデータへの対応
• プラントライフサイクルの各フェーズへの対応
開発、設計、製造から、建設、ロジスティクスまで
• すり合わせ開発プロセスへの対応
標準化が困難なプロセスでの効率向上
要素技術
•
•
•
•
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システム統合　→　エンジニアリングオントロジーの整備
データ統合　→　エンジニアリングDBの整備
設計プロセス管理　→　設計プロセス標準化、設計プロセスDBの整備
設計クライテリア管理　→　設計クライテリアDBの整備
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おわりに
まとめ
• プラント機器設計には機械系CADシステムを活用
→　量産系DEとの共通性は高いが、データ量が膨大
• 配管、機器配置にはプロセス系CADシステムを活用
→　プラント系DE独特
• 両者のデータ統合によりプラント全体のエンジニアリングを実現
今後
• 開発、設計、製造から建設、ロジスティクス等、幅広い範囲をカバー
する統合設計フレームワークの実現（DEワークベンチ）
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