Monohakobi Techno Forum 2021

まとめ ～デジタル・エンジニアリングによるアプローチ
2021年12月3日

株式会社MTI
取締役 船舶物流技術部門長
安藤英幸

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MTIの活動脱炭素、安全運航を追求する海事業界の取り組みに貢献• 脱炭素に向けたLNG燃料、その先の新燃料船、自動運航技術など新技術の開発導入に多様なパートナーと連携して取り組む。
• 今後の船舶は高度化・複雑化し、システム化する。船舶システムの構想・設計・開発・運用では「デジタル・エンジニアリング」の役割が重要になる。
• MTIでは、デジタル・エンジニアリング力の強化に取り組み、海事業界の脱炭素、安全運航の追及に貢献する。

高度システムの設計開発© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

デジタルエンジニアリング

高度システムの保守運用

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GHG削減と安全運航の追及のためのデジタルトランスフォーメーション～システムの高度化・複雑化の進展

LNG DF Battery Hybrid PCTC

MEGURI2040 無人運航船Super Ecoship 2050（ゼロエミ船）• 複雑なシステムの設計、開発、建造、運用を安全に行うことが鍵になる••••

複数のメーカーのシステムの統合
設計、開発段階でのシステムの検証
従来の船級規則、リスク評価手法に加えたシステムレベルの詳細なリスク評価
設計・開発の意図を運用に繋ぐ （コンセプト～リスク評価～開発～評価～運用）• 複雑なシステムの設計・開発と運用 (例：DPS Dynamic Positioning System)•

高度なシミュレーターを使ったシステム開発とオペレーターの育成

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自動車産業で進むモデルベース開発(出典) Mechanical Simulations, https://www.carsim.com/• ダイナミクス (ハンドリング、ステアリング、乗り心地)• パワートレイン (燃料、エンジン、モーター、エネルギーマネージメント、排ガス)• ADAS自動化 (クルーズ制御、緊急ブレーキ、車線逸脱アシスト、車線アシスト、パーキングアシスト、インテリジェントアクティブライト、居眠り運転検知）※ADAS: Advanced Driver-Assistance System

これら機能が、シミュレーションを活用するモデルベース開発で進められている© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自動車業界におけるシミュレーション活用の事例
HONDAの自動運転技術の開発• HONDAはIPG社のシミュレーションプラットフォーム
CarMakerを利用し自動運転技術を開発• 複数のシミュレーションツール
で開発したモデルを連成

https://ipg-automotive.com/fileadmin/user_upload/content/Download/PDF/Events/Apply_Innovate_2018/Presentations/Apply_and_Innovate_2018_Honda_Kawabe.pdf

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従来の船舶設計のデジタル化との比較• 船舶の設計、建造においても、基本計画、詳細設計においてCAD/CAE/CAMは進められてきた。
• 今後もこれらは船舶の設計、建造の基盤技術となる。

NAPA, https://www.napa.fi/ja/ship-design/hull-formdesign-and-hydrodynamics/• 一方で、高度化・複雑化するシステムの設計技術が追加で必要になる。⇒ 基本的に、自動車のバーチャルエンジニアリング（モデルベース開発）の方向に向かうと考えられる。

日本の海事産業として、モデルベース開発を取り入れ、複雑なシステムの安全管理を行うエンジニアリング力を身に付け、産業競争力の強化を図る必要がある。
NAPA, https://www.napa.fi/software-and-services/shipdesign/structural-design/© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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高度化・複雑化する船舶システムとシミュレーション

ハイブリッド船• 燃料（A重油、LNG、アンモニア）• 発電機、燃料電池、バッテリー• 推進器（エンジン、モーター）• PTI/PTO• 電源系統• プロペラ (CPP, FPP)
• Power Management System• Energy Management System (EMS)
引用) Simulation X, Ship Energy System
https://doc.simulationx.com/4.2/1033/Content/Modules/Module291.htm

船舶の抵抗、推進性能、エンジン、機関プラント、燃料供給システム、電力マネージメントと言った、複数の物理シミュレーションを統合して最適設計や制御システムの開発を行うことが必要になる。(1Dシミュレーションベースの統合。詳細の3Dシミュレーションとの行き来。)© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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統合シミュレーションによる新造船コンセプト開発• 統合シミュレーションによって新しいコンセプトやGHG削減技術の適用を提案、検証する• メーカーと協業し、船舶を構成する様々な要素を組み合わせて、新しいコンセプト船をモデル化• シミュレーションや評価結果を顧客に示し、新技術の採用を促進
多様なGHG削減オプション

最適化ターゲット
GHG排出量最小化
制約条件
運航スケジュール
パラメータ
主機サイズ
補機サイズ
and etc.

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日本財団 MEGURI2040 DFFAS PJにおけるシミュレーターの統合試験での活用
DFFASシステム

フィードバックシミュレータ

制御

陸上支援センター

各社（古野電気、BEMAC、東京計器、ナブテスコ、日本海洋科学）のシステムを設置・接続• シミュレータ(仮想環境)上に対象船すざくをモデル化• 自律航行システムの実機とシミュレータを統合・接続し、すざくを制御• 実船搭載前にシステムを稼働させ、試運転を実施© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS統合試験用シミュレータとシステムの接続イメージ

DFFAS
自動操船システム

本船シミュレータ© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シミュレーション上での自動テスト機能• 様々なシミュレーション条件、テストの評価基準をテストプログラムに記述し、制御システムのテストを自動で実施。
• テスト項目に合わせたモデルの再現性(fidelity)の重要性• シミュレーション基盤上の自動テストがシステム開発の生産性向上に直結

例：正面から風速を少しずつ強めて、前進速度が1knot未満になる風速を自動計算

風波の条件
評価基準

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Open Simulation Platform JIP～各舶用メーカー製品のデジタルツインのCo-Simulation基盤開発のためのJoint Industry Project

https://www.monohakobi.com/ja/wp-content/uploads/2019/11/MTF2019_07_DNVGL_Kristine.pdf© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シミュレーションモデルに求められる信頼性と認証～DNVのSimulation Trust CenterCourtesy) DNV
モデルベース開発では、シミュレーションモデルの再現性(fidelity) が重要になる
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シミュレーションは新しいワイガヤ、擦り合わせの手段～多様な関係者の視点を設計・開発に取り入れられるようになる～計画

船級オペレーション

経営メーカー
顧客
造船

シミュレーション

経営

シミュレーションの役割• 船隊整備計画 - 将来ゼロエミフリート• 新燃料船計画 – ゼロエミ燃料船、ハイブリッド船• 新燃料船プラント設計 – 新燃料機関システム、EMS• 船型改造、省エネ付加物レトロフィット - 既存船の改造 EEXI/CII• 機関推進プラント運転の遠隔監視・自律化 – 自律船 (機関)、遠隔監視、CBM運用• 自動航行等の高度制御システムの開発・承認 – 自律船 (操船)、DPS© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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オープンコラボによる技術開発の時代• DX, EXの取り組みは欧州でも、オープンコラボレーションが広がる• 例) 欧州大手OEM Wartsila社•Vaasa, フィンランド

•Smart Technology Hub (2021年秋オープン)• この他の例•

Maersk Mc-Kinney Moller Center
for Zero Carbon Shipping•Open Simulation Platform• 日本の海事業界もこうしたCoCreationのためのEco Systemへの参加、一方で日本でも国内、世界をリードする場が必要•

次世代環境船舶開発センター参考文献)
1. Wartsila 2020 Annual Report
2. https://zerocarbonshipping.com/
3. https://opensimulationplatform.com/
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国交省補助事業への採択～日本版システムインテグレーター育成、産業構造の転換、更なる技術力の強化～• 海事産業集約連携促進開発支援事業に2件が採択(全4件中)•

期間： 2021年度～2023年度(3年間)• 自動運航船(航海系)•••「自動運航システムの開発基盤の確立と自動運航システムの要素技術開発」
提案者: MTI
共同提案者：日本海洋科学、古野電気、東京計器• 内航近代化(機関系)•••「遠隔機関監視技術を活用した次世代内航船の研究開発」
提案者：MTI
共同提案者：日本シップヤード、ナブテスコ、BEMAC、日本海事協会

ユーザー、造船、メーカーの協業によるシミュレーションをコアとするシステムインテグレーションの提案© 2021. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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ご清聴どうもありがとうございました。