Monohakobi Techno Forum 2022

海事デジタルエンジニアリングの実現に向けたシミュレーション基盤構築
2022年11月24日

株式会社MTI

船舶物流技術グループ
角田

領シミュレーションチーム

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概要
• 背景
• これまでの取り組み• ①Open Simulation Platform• ②MEGURI2040 DFFASプロジェクト• 東大社会連携講座「海事デジタルエンジニアリング」• まとめ© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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背景 船舶の高度化・複雑化• 安全運航、脱炭素化の実現に向けて船の高度化・複雑化が進む

LNG DF Battery Hybrid PCTC

MEGURI2040 無人運航船

Super Ecoship 2050

• 従来の船の設計・開発・運用方法では対応できない• 複数のメーカーのシステムが統合され、実船搭載前に様々な検証が求められる• 従来の船級規則、リスク評価手法では不十分• 設計・開発の意図を運用に繋ぐ(コンセプト-リスク評価-設計-開発運用)• 新しい手法が必要• デジタルエンジニアリング、シミュレーションの活用© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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背景 モデルベース開発とシミュレーション• 他産業ではモデルベース開発(Model Based Development)とシミュレーションの推進・普及に向けた動きが活発化• モデル流通やIFの標準化活動等を推進

https://www.jambe.jp/uploads/Introduction_JAMBE_202210.pdf© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/mag/nmc/18/00012/00195/

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これまでの取り組み①
Open Simulation Platform• 2018年6月に開始した2年間のJoint Industry ProjectにMTIも参画• モデルベース開発の海事分野での普及と活用促進が狙い• 開発したシミュレーションプラットフォームは、オープンソースプログラムとして公開された• FMU(Functional Mockup Unit)という形式であればこのプラットフォームに接続し、連成シミュレーションが可能• 他業界でも利用されているシミュレーションモデルの標準形式

https://opensimulationplatform.com/© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

FMU

FMU

FMU

FMU

FMU

FMU

FMU

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これまでの取り組み①
Open Simulation Platform

バッテリー放電•© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

電化船のコンセプト検証のためのシミュレーション• バッテリーやパワーマネージメントシステムなど船内の電力系統をモデル化• Low fidelityモデル• 複数のFMUを接続• 実際の電力需要データをシナリオとして入力し、OSP上で連成シミュレーションを実施

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これまでの取り組み①
Open Simulation Platform• OSPをベースとしたSimulation
Trust Centerが開設された• 40種類以上のサンプルFMUが公開済み• 一部舶用機器メーカーが作成したFMUも公開、共有されている
https://store.veracity.com/simulation-trust-center• トライアル利用を進める• バッテリーハイブリッドシステ
ムの統合シミュレーションを
WinGD、ABSと共同で実施• High Fidelityモデルの利用による設計最適化を狙う© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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これまでの取り組み②
MEGURI2040 DFFAS PJ• MBSEの適用(MBSE:Model Based Systems Engineering)• 全ての関係者が共通のデザインモデルにアクセス、更新を行う• 全ての関係者が最新のモデルを使用して、システムを開発• システム単体・結合試験でのMBD、シミュレーションの活用© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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これまでの取り組み②
MEGURI2040 DFFAS PJ システム統合試験
DFFASシステム

シミュレーションプラットフォーム
フィードバック制御

各社（古野電気、BEMAC、東京計器、ナブテスコ、日本
海洋科学）のシステムを陸上で統合・接続制御性能の確認

課題の抽出(すり合わせ)• 自律航行システム実機とシミュレーションプラットフォームを接続し、対象船モデルを制御• 対象船モデルのFMUを作成• 実船搭載前にバーチャル試運転を繰り返し実施• システムの評価、検証に非常に有用であることを確認© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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Lessons Learned• FMUのような標準化された仕組みと、オープンなシミュレーションプラットフォーム活用の重要性• これらは、複雑で高度なシステム開発に不可欠なオープンコラボレーションを実施するために必須• MEGURI2040 DFFASプロジェクトでも有効性を確認• モデルベース開発、シミュレーション基盤構築などデジタルエンジニアリングに関する経験、ノウハウの蓄積が課題• 構想設計段階でのモデルベース開発、シミュレーション活用はチャレンジング© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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東大社会連携講座「海事デジタルエンジニアリング」• 東京大学に社会連携講座「海事デジタルエンジニアリング(通称MODE)」を設置• MODE: Maritime and Ocean Digital Engineering• 社会連携講座≒民間出資による研究室• 5年間(2022年10月～2027年9月)を予定• NYK/MTIを含めた民間企業7社が出資• ClassNK(NAPA)、JMU、古野電気、日本無線、BEMAC、三菱造船、
NYK/MTI

https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/9621.html© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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MODE設立の狙い• 海事・海洋産業のデジタルエンジニアリング基盤技術の確立・実装を先導する

2022 10/4 設置記念シンポジウム 海事デジタルエンジニアリングのロードマップより引用© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シミュレーション共通基盤の構築• シミュレーション共通基盤の構築はMODEの5本の柱の１つ• ゼロからの開発ではなく、他産業で既にデファクトスタンダードとなっているシミュレーションツールの中から、テーマ毎に最適なものを模索し、製品を組み合わせる• 構築した基盤を脱炭素・自動運航船開発といった個別の研究に活用しながら、デジタルエンジニアリングのノウハウ獲得、人材育成を目指す© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自動運航船開発のためのシミュレーション基盤のアーキテクチャ
シナリオ管理バーチャルテスト/評価

外界センサ

状況認識

行動計画

制御システムレーダー

センサ
フュージョン

航海意思決定DPS

避航操船

オートパイロット

自動離着桟

スピードパイロット

Lidar

ターゲット捕捉・追尾

可視光カメラ赤外線カメラ機関システム
電気系統
主機
補機
バッテリー
スイッチボード…

その他センサ(GPS、ジャイロコンパス、風向風速計、機関系センサ等)
仮想環境

他船/障害物(仮想環境)

船体

アクチュエータ

ダイナミクス

推進性能

プロペラ

行動特性

操縦性能

スラスター

3Dモデル

スタビリティ/強度

舵

遠隔監視機能フリート監視通信環境
風波潮流天候・視程

2022 10/4 設置記念シンポジウム 自動運航船のモデルベース開発より引用

海図情報

交通流監視
係留監視
錨泊監視
機関モニタリングMonohakobi Techno Forum 2022

自動運航船シミュレーション基盤のユースケース検討• センサ・状況認識システムの事前検証(外乱下での性能評価)• 避航計画機能の検証• 制御系の開発効率化• 多様な遠隔監視機能の検証• バーチャル認証

2022 10/4 設置記念シンポジウム 自動運航船のモデルベース開発より引用© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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シミュレーション基盤構築の課題• 各種モデルライブラリの構築とIFの標準化• 船体モデル• アクチュエータ
• センサ
• …

• 大学・研究機関との連携• モデルの高度化、新しいモデルの開発• 国際連携• 欧米との連携• 人材育成• 教育、啓蒙活動の推進© 2022. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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まとめ• 船舶の高度化、複雑化に対応するためデジタルエンジニアリングを活用していくことが求められる• その実践の場として東京大学に「海事デジタルエンジニアリング」社会連携講座が設置された• 社会連携講座を通じてシミュレーション基盤を構築し、日本の海事産業の競争力向上を後押ししたい© 2022. 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。

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