【研究分野】船舶工学

【研究領域課題番号】11895029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エージェント / コラボレィティブ / 協調 / コンカレント / シミュレーション / CIM / 製品モデル / システム統合

【研究成果の概要】

本研究(企画調査研究)においては,エージェント指向における最新の研究動向について把握するために,まず文献調査を実施した。具体的な調査対象としては,生産システムに関連する文献とエージェント指向を利用した生産システムに関する最新の研究を対象とした。この調査においては,研究代表者らが進めている「造船CIM構築のために必要な製品モデルの明確化」を研究目的としたCIM構築のための基礎的なシステム開発の成果を基盤として設定し,「船の製品モデル」の生成と利用といった情報処理の観点から,生産システムにおけるエージェント指向の利用に関するあるべき姿を体系的に捉えた。
本研究の調査により,複雑の自律的なエージェント(マルチエージェント)により協調的に設計・生産を実現化にするために解決すべき問題を,幾つかの部分問題に分割する問題分割や,複数の問題解決の結果を寄せ集めて目標とする解を導出する解統合などのプロセスを,明確にすることが先ず重要であることを確認した。具体的に述べると,設計・生産におけるエンジニアの一部をエージェント化して,それらのエージェントの果たすべき役割を明確にすることが重要であることを確認した。次に,協調的な問題解決のためには,互いに独立したエージェント間で,処理すべき目標に関する交渉や合意形成,あるいは競合解消という処理が必要となり,これらの処理を計算機内で実現するために,個々のエージェントが有すべき知識を規定し,判断を下すためのプロセスを明らかにすることは特に重要であることが理解できた。さらに,技術的進歩が激しい情報技術を有効に利用する上で,複数のエージェント同士による双方向の通信を可能にするための有効な手法についても検討を加えることも有効であることが確認でき,複数のエージェントの協調作業,およびエージェントとエンジニアの協調による設計・生産情報の生成・確定が今後の研究の課題として重要であることが確認できた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1999

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】船舶工学

【研究領域課題番号】08405064 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シミュレーション / CAE / CIM / FEM / 船体運動解析 / 解析モデル / 製品モデル / Design by Analysis / CAD / システム部品 / ストリップ法 / Desgn by Analysis

【研究成果の概要】

本研究は,製品情報を生成する設計システムと解析システムとを統合化する必要があると考え,情報伝達を円滑に可能とする統合化手法に関して研究を行ったものである。この際に,製品情報を統合的に管理する「製品モデル」に着目し,製品モデルの生成を支援する製品定義システムとCAEとを,製品モデルを中核として統合化することを検討した。以下に本研究で得られた成果を整理する。
(1)基本設計支援システムの構築基本設計支援システムの構築
基本設計における船のトリム計算や,スタビリティ計算などを支援するために,研究代表者らが提案している製品モデルの情報を有効に利用した解析システムを構築した。この際に,製品モデルとして荷物の情報の表現方法に関して検討することの重要性を確認した。このシステムで得られる情報は,船体運動の解析システムに必要な情報となることも理解できた。
(2)構造解析支援システムの構築と統合化
船体構造の構造解析を支援するために,製品モデルの情報を有効に利用した構造解析支援システムを構築した。具体的内容は,製品モデルの情報として定義されている構造部材の形状情報と板厚や材質などの属性情報を利用して,有限要素法解析で必要な有限要素データを自動生成し,設計者の情報作成の効率化を支援するシステムを構築した。
(3)利用しやすい統合化システムの枠組みの提案とプロトタイプ・システムの構築
複数の解析システムを製品モデルを中核に統合化する際に有効と思われるシステムの基本構成に関して考察した。目的に応じたシステム統合をプログラム的に実現する形態を変更し,将来の統合化の拡張,全く別の解析システムとの統合化問題への対応などを検討する必要があると判断し,総合化手法に有効であると考えられるシステムの部品化とその組み合わせ環境の整備に関して検討した。その結果,柔軟に統合化を検討できるシステムのプロトタイプを構築することができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1996 - 1999

【配分額】21,300千円 (直接経費: 21,300千円)

【研究分野】海洋工学

【研究領域課題番号】06555303 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

精度管理 / 製品モデル / CIM / シミュレーション / 変形予測 / 溶接変形 / FEM / 三次元計測 / ブロック搭載 / 工作精度 / 計測 / 三次元形状 / 三次元計測器 / 計測モデル / 計測システム

【研究成果の概要】

製造工程における製品の精度管理は,製品の品質を保証するために重要である。しかし,船舶,橋梁,鉄鋼,海洋構造物,プラントなどのような大型溶接構造物では,溶接作業による熱変形が生じてしまい,さらに,正確に構造物の大きさを計測することは容易でないといった問題がある。そこで本研究では,新しい精度管理の概念および精度管理システムを構築することを試み,以下に示す知見を得,システムを構築した。
(1)三次元計測技術を利用した精度評価システムの構築
大型構造物の形状把握に対して,レーザーを用いた三次元距離計測器による計測技術の有効性を確認した。さらに,三次元座標情報として得られる計測情報を計算機内に取り込むために計測モデルを提案し,精度管理者が認識しやすい情報に変換した。この計測モデルには製品モデルが有効に利用されており,三次元的な形状を容易に認識することができ,設計によって生成されている製品モデルをノミナルなブロックとして利用することによって,溶接による変形量を把握できる精度評価システムを構築した。
(2)溶接変形の予測を利用した精度計画システムの構築
精度管理における精度計画を立案するために,構造解析システムを利用して溶接変形を予測し,変形状態を表示し精度管理のための情報として利用することを検討した。溶接変形のモデル化では,溶接による収縮量と変形量を起こさせるための等価な荷重として圧縮荷重,曲げ荷重を仮定し,構造解析によって変形を推定する精度計画システムを構築した。
(3)精度管理システムの構築
精度評価システムと精度計画システムとを併せて利用することにより,製造途中の溶接構造物の変形状態を把握し,制御することが可能なシステムを構築した。このシステムによって,溶接構造物の総組工程の省略を検討することを可能とした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1994 - 1996

【配分額】16,600千円 (直接経費: 16,600千円)

【研究分野】船舶工学

【研究領域課題番号】05302053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

FEM / 製品モデル / シミュレーション / 構造解析 / 構造設計 / CIM / CAE / CAD / 有限要素解析(FEM) / プリ・プロセッサ / 有限要素モデル / 解析モデル / メッシュ分割 / 有限要素法モデル / ポスト・プロセッサ / プロダクト・モデル

【研究成果の概要】

汎用の有限要素解析用システムの周辺システムとして,既に多くのソフトウェアが開発されているが,それらは解析に必要な解析データ生成用のプリ・プロセッサや解析結果を可視化するポスト・プロセッサなどが殆どである。これらのプリ/ポスト・プロセッサは,単なるインターフェースのみに重点が置かれており,情報の共有という観点からの研究が不足している。
本研究では,著者らが既に開発している「造船CIM」用製品定義システム(SODAS)をベースに,鋼構造物である船体構造のFEM解析モデラ-に関する研究を行った。有限要素解析システムとしてNASTRANとMARCを選定し(以下,汎用FEMソフトと呼ぶ),製品定義システムから自由かつ容易に解析用データの生成を可能とするシステムの構築を目的とした。
本研究では,製品定義システムによって定義される製品モデルの情報を有効に利用し,汎用FEMソフトにける有限要素モデルの情報を生成することを検討した。この際に,製品モデルの情報として定義されている形状情報は当然のこと,鋼構造物を構成する部品がどのように構成しているかといった情報を表現する接合関係情報が重要な役割を果たすことを理解することができた。また,様々な解析目的に応じた有限要素の要素タイプを選択する必要があるが,製品モデルに記述される部品の種類の情報を利用することによって,解析に必要となる有限要素の要素タイプを自動的に選定することができた。15EA04:さらに,本研究によって構築したシステムはベースとした製品定義システムに柔軟に対応しているので,単に設計における構造解析ステージだけでなく,生産ステージにおける構造解析に利用を可能とした。その一例として,造船における搭載ブロックの吊り作業における構造解析を支援する概念をシステムとして実現することができた。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】4,900千円 (直接経費: 4,900千円)

【研究分野】船舶構造・建造

【研究領域課題番号】04402036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

線状加熱 / 板曲げ加工 / シミュレーション / 構造解析 / FEM / CIM / 面内収縮 / 面外変形 / 撓鉄(ぎょうてつ)作業 / シミュレータ / 有限要素解析 / 熱収縮 / 非線形大撓み解析 / 高周波誘導加熱 / 撓鉄 / 曲がり板 / モデル / アイリパラメトリック要素 / 厚板 / 大たわみシェル解析

【研究成果の概要】

造船業では、船体の独特な曲がり形状を実現するために、ガスバーナーを用いて鋼鈑を曲げ加工する技術が不可欠である。この曲げ加工技術は撓鉄(ぎょうてつ)作業と呼ばれ、造船業における固有技能の一つである。本研究では、この撓鉄作業に着目し、計算機を利用したシミュレータを作成することによって、撓鉄作業の技術の伝承、さらに装置化や自動化を実現可能とすることを目的とする基礎研究である。
線上加状は熱加工であるから熱弾塑性解析法が最も有効な解析法であると考えられ易いが、シミュレーションには適すものではないと判断した。そこで本研究では、非線形大暁み解析法である有限要素法による板曲げ問題のための弾性解析法を用いることとした。
先ず、撓鉄作業のシミュレーションを念頭に、撓鉄作業のモデリングについて研究した。特に、線状加熱による面外変形と熱収縮をモデル化するために、外力と拘束条件を検討した。実験結果を用いて、面外変形における荷重条件として、焼き線から一定距離だけ離れた接点に上記の曲げモーメントを付加することとした。さらに熱収縮における荷重条件として、熱収縮を起こす等価な圧縮加重を焼き線から一定距離だけ離れた接点に対してかける外力のモデル化を行った。また、拘束条件としては焼き線の中点に相当する接点を全自由度拘束した。そして、以上のモデル化を考慮した板曲げ加工の実用シミュレータをワークステーション上に構築した。
さらに、構築したシミュレータの有効性を確認するために、シミュレータによって得られる結果と、実験値との比較を行うことによって、曲げ加工シミュレータ用に構築した有限要素プログラムの有効性、および面外変形・熱収縮のモデル化を検証した。その結果としては、シミュレータとしての定性的な変形挙動は充分満足しているものと確認することができた。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】15,500千円 (直接経費: 15,500千円)

【研究分野】船舶構造・建造

【研究領域課題番号】02302051 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

CIM / プロダクトモデル / 製品モデル / シミュレーション / オブジェクト指向 / 生産管理情報 / 統合システム / モデリング / 製品定義モデル / 関係情報 / システムインテグレーション / プロダクト・スパイラル / 寸法表現 / 幾何情報 / 属性情報 / 構造設計 / 生産設計 / オブジェクト指向言語 / デ-タ・ベ-ス / 3次元幾何情報 / エンジニアリング情報 / 属性 / 生産計画 / カット・アセンブリング機能

【研究成果の概要】

1.製品モデルの重要性:造船CIM構築のためには、設計から生産まで一貫して使用することができる製品モデルを構築することが必要であることが理解できた。製品モデルの情報として重要なものは、船体構造を構成する部材のモデル化と部財間の関係情報が重要であることが確認された。これらの情報が獲得されれば、分割の機能、アセンブリングの機能によって、製品の生産情報まで獲得することが可能であることが確認できた。2.設計モデルの重要性:上記に示した製品モデルの情報を生成するのは、生産活動における設計業務である。したがって、情報の効率的な生成は設計活動のモデル化が重要である。本研究では船体構造の設計手法として空間分割モデルとユニットによる内部構造の設計手法を提案し、設計情報の記述の重要性をも主張することができた。また、部品の詳細な設計はアセンブリング・シミュレーションによる検討による支援が重要であり、生産設計の位置づけを明確にすることができた。3.プロダクトスパイラルの概念の構築:本研究では、設計から生産にわたる広範囲の生産活動をプロダクトスパイラルの概念を提案することによって整理することができた。プロダクトスパイラルは1)構造機能の創出2)構造の部品化3)構造の構築の3本柱から成立ち、製品モデルが1)-3)へ情報を獲得しながら情報量を増やし、情報の完成度を高めるものである。このスパイラルに沿って進むと、確実に製品モデルは進化し、その場その場で必要な情報を提供することができることになる。4.オブジェクト指向によるシステム開発の有効性:オブジェクト指向言語によるシステム開発は、その言語の特徴であるオブジェクトの概念によって、システムのプロトタイピング、インテグレーションに関して有効であることが確認された。また、そのCIMの様な大規模なシステム開発にはオブジェクト指向のような柔軟な言語が有効であることが理解できた。

【研究種目】総合研究(A)

【研究期間】1990 - 1992

【配分額】9,700千円 (直接経費: 9,700千円)