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ShipFive Design & Shipbuildingでは今日も長い一日でした。1.設計エンジニアリング・チームは、成功したオフショア補給船の旧バッチを改造する最新のイノベーションを開発するために、数え切れないほどの反復を繰り返しました。
よりエネルギー効率の高いアジマスポッド・ドライブを設置し、新しい推進・操舵装置への流入を改善するためにスケグの長さを変更した後、新しいビルジキールの設計が必要になりました。高価な模型実験の結果、この船は急旋回時に不利なロール運動を示すことがわかり、チームは不満を募らせています。
彼らは、すべての設計パラメータ間の相反する要件を統合する解決策を考えていました。ただ、ロールモーションを正常に戻す新しい設計が推進性能を損なわないことを、CFD解析者が最終的に確認する必要がありました。
悪い知らせ。CFD部門の同僚によると、最新の設計では、ハードな旋回運動中に高いドリフト角でビルジキールから顕著な渦が流されるとのことです。ポッドへの流入面における航跡数は、許容閾値を下回ります。「CFDによる流れ場のデータがなければ、この現象に気づくことはできなかったでしょう」とチームのエンジニアは付け加えます。
「今設計を完成させなければ、大きな罰則が課される瀬戸際です。沈黙と絶望が部屋を満たします。「最終デザインまであと3カ月。新たな設計の反復プロセスを加速させなければ、あと1回の設計変更しか検討できないかもしれません。
縮小次数モデリング（ROM）と実行可能デジタル・ツイン（xDT）の登場
シミュレーションチームのメンバーが声を上げました：「主要な設計バリエーションに対してのみ、適切な応答傾向を与える高速シミュレーションモデルを使用できるとしたらどうでしょうか？彼はさらにこう続けます：「問題の最も重要な物理に対応するROMを定義することができます。これはある種の係数ベースの方程式系で、係数は各設計に固有の流体力学的特性を表します。これらの係数のデータベースがあれば、設計の全エンベロープを数分で解くことができます」。
設計技師長はため息をついて答えます：「予算は残っていませんし、ましてや牽引タンクの空き枠を待つ時間もありません。そうやって係数を求めるんですよね？”
「そうではありません。私たちは既存のシミュレーション・ツールを使い、クラウドでリソースを使用する際に動的に要求し、支払うことができます。待ち時間はありません。話している間に始められます
「納得できません。シミュレーションの出力が正確かどうか、どうやって確認するのですか？”
シミュレーション・エンジニアは自信を持っています：「私たちはすでに、海上試験で得られた過去のデータと、失敗した設計のモデルテストの比較に基づいて、フローシミュレーションを検証しました。つまり、このツールは信頼できるのです。
「あなたのおっしゃることはもっともです。実船が建造されれば、シミュレーション・インフラを接続する物理的な資産となり、実船が就航している限り、実システムとデジタル・ツインが互いに影響し合いながら前進することになります。これにより、船の性能を向上させ、船をエミュレートする数値ツールを改良することができます」。チーフ・デザイン・エンジニアは、このソリューションの付加価値を理解し始めました。”この道は、私たちを当面の窮地から救ってくれるだけでなく、あなたがおっしゃったように、このデジタルツインのコンセプトを受け入れるかもしれません”
「実際、それは 実行可能 デジタル・ツイン私たちは分割して征服し、最も重要なドメイン問題を特定し、そのためのカプセル化されたモデルを開発する必要があります。この点については、カプセル化されたモデルに基づいて配備可能なアプリケーションができれば、必ずしもエンジニアリング・ツールの訓練を受けていないエンジニアや専門家でないエンジニアも、これらのソフトウェア・パッケージを利用できるようになります。ご存知のように、私たちのシミュレーショングループは小規模です」。
xDTとは？
デジタルツインの価値提案は、デジタルモデルと物理資産との接続性にかかっています。デジタルツインを使用して測定不可能なものを計算し、分析することができます。設計の初期段階から物理資産の廃止に至るまで、データと機能強化の二元的な流れが生じます。 Van der Auweraer and Hartmann (2022) はxDTの主要な参考文献です。彼らによると、xDTは以下のように定義できます：
“デジタルツインから専用のカプセル化を抽出し、特定のコンテキストで特定のビヘイビアセットをモデル化する場合、インスタンス化され自己完結したモデルのような、スタンドアロンの実行可能な表現を提供することを、実行可能なデジタルツインと呼びます。”
ShipFive Design & ShipbuildingのチームがROMを使用して設計問題を解決し、将来のxDTを構築する方法
問題解決のコンセプトを図 3 に示します。ShipFive造船は、必要なROMベースのワークフローと長期的なxDTソリューションの追加を容易にするシーメンスのデジタルスレッドを企業規模で導入しました。Siemens NX ジオメトリを使用することで、ビルジキールの修正はすでにパラメータ化されたモデル上で簡単に行うことができます。HEEDSワークフローは、すべてのSimcenterツール間の情報およびデータ交換をオーケストレーションします。
新しいジオメトリは、Simcenter STAR-CCM+の仮想曳航タンクパイプラインを通過し、定常ドリフト、ヨー、平面運動機構（PMM）、ロール減衰、強制ロール振動試験のマトリックスが設定されます。設計エンジニアリングモデルのオーサリングプロセスが完了しました。その結果、船舶にかかる力とモーメントのデータベースが、特定の流れ場の情報とともに機械学習（ML）データ解析ブロックに供給され、係数ベースのROMに入力されます。これらは、社内またはSimcenter Amesim ROM BuilderのようなSimcenterソリューションにリンクすることができます。これがモデル実行可能化段階です。Simcenter Amesim海洋ライブラリを使用して船舶の流体力学性能の最初のチェックを行い、コンセプト設計のトラブルシューティングの反復の主な目的である許容可能なロール運動特性を確保する段階に、欠陥のある設計が入らないようにします。これらの研究は、展開プラットフォーム（ラップトップまたはタブレット）上の設計チームの会議で実行されます。
1 架空の造船所
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