JSCES 不確かさのモデリング・シミュレーション法に関する研究会（第2回会合）

日本計算工学会学会標準解説(1)S-HQC001:20142015年9月10日
慶應義塾大学 理工学部 機械工学科
高 野 直 樹naoki@mech.keio.ac.jp

工学シミュレーションの品質保証, V&Vの必要性
JSCES HQC研究分科会(2009-)の設立
1. NAFEMSのQuality Management System（本研究会第1回目 近藤委員より紹介）
2. ASMEのV&V Guideline, Standard（本研究会第1回目 高野より紹介）
3. 過去の事故事例の教訓
・海上石油プラットフォームの崩壊事故の紹介
・雪荷重によるアリーナの屋根崩壊事故の紹介（HQC研究分科会 講習会 2011年1月11日）

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海上石油プラットフォームの崩壊事故 (1)
発生日時： 1991年8月23日
場所：北海の大規模天然ガス生産地Sleipner Field
1. SINTEF, “Sleipner A GBS Loss Report 16 Quality Assurance”, STF38 A97428, 1997.
2. M. P. Collins, F. J. Vecchio, R. G. Selby, and P. R. Gupta, “The failure of an offshore platform”,Concrete International, pp. 29-35, 1997.
3. B. Jakobsen and F. Rosendahl, “The Sleipner platform accident”, Structural Engineering
International, Vol. 3, pp. 190-193, 1994.

海上石油プラットフォームの崩壊事故 (2)• 海上石油プラットフォームの基礎 が崩壊，沈没した．
• FEM解析で発生する応力を低く見積もってしまった．
• 損失額：7億ドル
Tricellの壁が水圧（水深65 m）に耐えられず、せん断破壊
Tricell2

海上石油プラットフォームの崩壊事故 (3)破損位置• 使用ソフト NASTRAN• 要素種類 8節点ソリッド要素、ただし縮退したプリズム要素も併用• 事故後の検証実験で破壊モードが再現された• せん断応力を実際の47%と見積ってしまった

海上石油プラットフォームの崩壊事故 (4)Company B(補強部材の解析・設計担当)
FEM解析による応力データ

補強部材の設計図面

Company A(海中構造部分のGlobal Analysis担当)
Design & Analysis
業務の依頼

海中構造部分の最終設計
解析結果
Documentation

Principal company(プラットフォームの設計・製造・管理)
Verificationの依頼

結果の報告

Company C(海中構造部分の解析結果のチェック担当)

3

海上石油プラットフォームの崩壊事故 (5)• 補強部材の設計会社(Company B)はプリズム要素の精度の悪さの可能性を指摘したが、Tricell含む一部にはプリズム要素が残った。
• Company Aでは，荷重のつりあい、支持反力、いつかの注目部位の変形、に関してチェックが行われたが、Tricellに注意が向けられることはなかった。
• Company Bでも、各断面に発生する力を計算、応力集中は周辺の要素の値から外挿して求め、適切なプロセスに基づき，補強部材の設定が行われたが、Tricellのプリズム要素には注意が払われなかった。
• Company Cでは、プリズム要素による精度低下の指摘はなく、別プログラムでシェル要素を用いた解析は簡易なモデルで局部の応力集中の検証にはいたらなかった。また、検証にかけられる時間と予算は限られていた。
• 事故後の実験検証にかかった費用・労力は約4倍。

雪荷重によるアリーナの屋根崩落 (1)
発生日時：1978年1月18日 4：19 a.m.
場所：アメリカ合衆国コネチカット州
R. Martin and N. J. Delatte, “Another look at Hartford Civic Center Coliseum Collapse”,
Journal of Performance of Constructed Facilities, Vol. 15, No. 1, pp. 31-36, 2001.

• 1973年竣工後初めての激しい雪嵐の結果，アリーナの2.5エーカーの屋根（90m×110m規模）が崩落• 数時間前には， 5000人がバスケットボールを観戦していたが，幸い事故当時は空の状態で人的被害はなかった。

4雪荷重によるアリーナの屋根崩落 (2)columnTop chordIntermediate Diagonals

Posts

Bottom chord
Intermediate Horizontal

Main diagonals

Space Truss Pyramid Module

時間と予算の節約を目的として，CAEによる安全評価が採用されたが、解析モデ
ルでは重要な部材が省略されており、圧縮応力を過小評価した（Top layer外枠で最大852%のｵｰﾊﾞｰﾛｰﾄﾞ）。
施工時のミスも重なった。

雪荷重によるアリーナの屋根崩落 (3)• 屋根は地面で組み立てられており，その時点で検査官から屋根のたわみがCAEによる評価より大きいことが指摘されていた。
• フレーム施工時には，CAEによる予測値より2倍のたわみが確認された。しかし，これらは無視されたままアリーナは完成した。
• 設計における，Top部分におけるブレースの不足が事故後に判明した。
• 施工時のミスにより，Diagonal部材と水平面の部材とで適切に結合されていなかったことによる強度低下も重なった。
• 構造強度の専門家を雇おうとしたが，プロジェクトマネージャが拒否した（理由はコスト削減）。
• 構造強度の専門家はプロジェクト内に皆無であった。
• 結果として，解析や設計のReviewはまったく行われなかった。
• この事故を機に，コネチカット州は特定の建物に対してPeerReviewを必要とするようになった。

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品質保証とV&Vの体制確立の必要性 (1)
人材の力量 と 体制（マネジメント）◆ 数名の経験豊富な技術者だけがFEM解析するなら大きな問題は起こりにくいが、多人数の多様な熟練度の社員がかかわる場合や、外注を用いる場合の品質保証をどうするか？
◆ レビューの必要性
プロ野球のエース投手でも失投はある
ダブルチェック、トリプルチェック
うっかりミス、思い込み◆ 人材の力量を体制（マネジメントシステム）でカバー

品質保証とV&Vの体制確立の必要性 (2)
人材の力量 と 体制（マネジメント）◆ 過去の解析例を生かす
文書化
非常に手間・時間→コストがかかる失敗例を残すのは難しい（心理的にもすぐに直して正しい結果が欲しくなる）
膨大なデータ管理
PDMS（プロセスデータマネージメントシステム）◆ コスト
文書化、レビューはコストがかかる
実験検証は非常にコストがかかる
リスク（万が一の時のコスト）

6品質保証とV&Vの体制確立の必要性 (4)
担当者の力量管理

品質マネジ
メントシステムモデルの妥当性確認

NAFEMS PSE

NAFEMSASME V&V

国際相互認証日本機械学会
解析技術者認定

日本計算工学会学会標準
JSCES
S-HQC001JSCES
S-HQC002

日本計算工学会(JSCES)学会標準

PDF版あり7

日本計算工学会(JSCES) HQC分科会
第1期：2009-2010年度
主査
副主査
幹事

白鳥（横浜国大）
越塚（東大）、高野（慶應大）中村（CTC）、吉田（東芝IS）、堀田（原子力安全基盤機構）

High
QualityComputing
http://www.jsces.org

第2期：2011-2012年度
第3期：2013-2014年度
主査
副主査
幹事
委員

白鳥（横浜国大）
越塚（東大）、高野（慶應大）、山田（横浜国大）
中村（CTC）、吉田（東芝IS）、長谷川（芝浦工大）、松井（横浜国大）
電力・原子力、重工、電気、建設、自動車、ｿﾌﾄｳｪｱ企業

第4期：2015-2016年度（予定）主査
副主査

越塚（東大）
高野（慶應大）、山田（横浜国大）、吉田（東芝IS）

日本計算工学会(JSCES) HQC分科会◆ ASME, NAFEMS最新情報の調査◆ 国内企業・研究所における品質保証、V&Vの取り組み◆ 学会標準の編纂◆ 図書出版「工学シミュレーションの品質保証とV&V」（丸善、2013年1月）◆ 講演会企画
日本計算工学会主催計算工学講演会、日本機械学会、安全工学シンポジウム、ほか◆ 講習会
2011.1.11「ものづくりｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの品質向上を目指して」
2012.6.28「工学ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの品質保証ｶﾞｲﾄﾞﾗｲﾝの解説とその活用に向けて」
2014.9.2「工学ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの品質保証とV&V－最新動向と日本計算工学会標準・事例集の解説」

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日本計算工学会(JSCES)学会標準
S-HQC001:2011 → S-HQC001:2014（第2版）「工学シミュレーションの品質マネジメント」
Quality Management of Engineering Simulation

S-HQC002:2011 → S-HQC002:2015（第2版）「工学シミュレーションの標準手順」
A Model Procedure for Engineering Simulation

S-HQC003:2015「学会標準(HQC001&002)事例集」
The Application Examples for Quality Management ofEngineering Simulation (HQC001) & A Model Procedure
For Engineering Simulation (HQC002)

S-HQC001:2014◆ ISO9001:2008の要求事項を、シミュレーションを業務とする組織に適用する場合の、付加的な要求事項を記述。
◆ HQC001改訂版（HQC001:2014）ではISO9001を導入する際の手順について解説を加筆。
◆ ISO9001に基づく工学シミュレーションの品質マネジメン
ト手法を利用する場合の難しさ
・ISO9001の考え方の分かり難さ（システムとして理解）。
・組織として導入する必要がある。
・ISO9001規格は７年毎に改訂（ISO9001は2015年に改訂）。追随する必要あり。

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S-HQC001:2014
品質マネジメントシステムの継続した改善マネジメントの責務

顧客

顧客満足をリソースマ測定、分析、ネジメント
改善

顧客満足？

顧客

顧客要 入力求事項
スコープの定義

製品
実現

製品

詳細
設計

適格性確認

出力

｢ISO9001品質マネジメント要求事項｣では、顧客満足度向上を目的とする企業活動プロセスを扱う。ISO9001は、『組織活動プロセスの中にPlan, Do, Check, Actのサイクルを構築し、企業の品質マネジメント活動を実現するプロセス』に対する要求事項を規定する。

S-HQC001:2014
組織マネジメントに関するプロセス

品質マネジメントシステムの継続した改善

マネジメントの責務

顧客

顧客満足をリソースマ測定、分析、ネジメント
改善

顧客満足？

顧客

顧客要 入力
求事項
スコープ

製品
実現
詳細

製品

出力

製品認定の定義 設計
製品の設計・開発に関するプロセス
受託解析業務ではシミュレーション製品の設計・開発プロセス

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S-HQC001:2014

S-HQC001:2014◆ 組織マネジメントに関する記述
・適用範囲
・用語の定義・品質マネジメントシステム
要求事項（文書化が含まれる）・経営者の責任
経営者のコミットメント、顧客重視、品質方針、計画、責任・権限・内部コミュニケーション、マネジメントレビューに対する要求事項
・資源の運用管理
人的資源、インフラストラクチャー、作業環境
シミュレーション要因の力量管理、教育・訓練
・監視、測定、不適合製品、データの分析、改善に対する要求事項

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S-HQC001:2014◆ 製品の設計・開発に関する記述＝製品実現
検証、妥当性確認他、シミュレーションの作業項目
・製品実現の計画
・顧客関連のプロセス
・設計・開発・購買・製造及びサービス提供
・監視機器及び測定機器の管理製品実現にかかわる計画、顧客とのコミュニケー
ション、設計・開発、購買他に対する要求事項

S-HQC001:2014
附属書A. 工学シミュレーションのプロセス
附属書B.（参考）重要性の区分と解析者に要求される最低限の経験
附属書C.（参考）シミュレーション要員の力量管理
C.1 シミュレーション要員に必要な力量
C.2 日本機械学会計算力学技術者資格認定の要件
C.3 NAFEMS Professional Simulation Engineerの要件
附属書D.（参考）シミュレーション業務の委託プロセス
附属書E.（参考）シミュレーション業務へのISO9001導入の手順

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S-HQC001:2014
附属書B.（参考）重要性の区分と解析者に要求される最低限の経験
B.1 シミュレーション区分1－極めて重要
シミュレーションは製品の設計における評価の必須条件になっており、製品の機能不全又は故障が、人間の生命を危険に置くか、又は、財産や環境を公共と言える規模の災害にさらす。本区分の解析者は、工学的用途に関する経験が5年以上、指導を受けて区分1又は2の解析を3件以上実施しており、内部監査を受審した経験がある。

S-HQC001:2014
附属書B.（参考）重要性の区分と解析者に要求される最低限の経験
B.2 シミュレーション区分2－重要
シミュレーションは製品の設計における評価の必須条件にはなっていないが、製品の故障が尐なくとも人間生活に重大な危険を引き起こすか、あるいは、供給者の通常の法的責任範囲を超えた損害を引き起こすようなものになり得る。本区分の解析者は、工学的用途に関する経験は2年以上。指導を受けて区分1又は2の解析を1件以上実施しており、内部監査を受審した経験がある。

B.3 シミュレーション区分3－助言的シミュレーションは製品の設計において参考的な工学的評価として使用される。本区分の解析者は、工学的用途に関する経験は1年以上。
指導を受けて区分3の解析を1件以上実施している。

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S-HQC001:2014
附属書C.（参考）シミュレーション要員の力量管理
C.1 シミュレーション要員に必要な力量
シミュレーションに携わる要員は、解析ソフトウェアの前提になっている数値解析の理論及び解析ソフトウェアが適用される工学分野における十分な知識を有している必要がある。このシミュ
レーション要員の力量を適切な手段により定量化し管理することが必要である。シミュレーション要員の力量の定量的な評価法としては例えば日本機械学会計算力学資格認定制度が有効と考えられる。
組織長は自部門が受託する解析を担当すべき要員の満たすべき力量を計算力学資格認定制度の各資格と結び付けて管理することができよう。要員の力量の定量的な評価法としては
NAFEMSのProfessional Simulation Engineerも参考になろう。

S-HQC001:2014
附属書D.（参考）シミュレーション業務の委託プロセス

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S-HQC001:2014
附属書E.（参考）シミュレーション業務へのISO9001導入の手順

S-HQC001:2014
附属書E.（参考）シミュレーション業務へのISO9001導入の手順15