Monohakobi Techno Forum 2017

船会社における船体構造
ヘルスモニタリングへの取り組み

広島会場: 2017年11月17日
東京会場: 2017年11月22日

株式会社MTI 船舶技術グループ
米澤 挙志

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© Copyright 2017
MTI Co., Ltd.

目次
1. 背景、研究の概要
2. システム概要
3. 手法と成果
4. 今後の予定とまとめ

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目次
1. 背景、研究の概要
2. システム概要
3. 手法と成果
4. 今後の予定とまとめ

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背景
コンテナ船の大型化の推移
25000

積載個数(TEU)

20000
15000
10000
5000
01965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年
（国土交通省港湾局資料よりMTI作成）

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背景
大型コンテナ船の折損事故＜課題＞
・系統的かつ大掛かりなモニタリングによるビッグデータの取得
・ホイッピング、及び、二重底の2軸圧縮荷重の影響を船体縦曲げ最終強度に考慮など

本取り組みで課題解決へ貢献
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船体構造モニタリングの課題と取り組み
気象・海象

センサー 積付情報

 正確な疲労
強度評価による、資産の健全性評価
コラボして解析
フローを作る

設計情報

航海情報

様々な要素があり、情報をうまく加工する必要がある→ 船会社にはノウハウがない
専門家は実態把握が困難
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 適切なメンテ
ナンス時期の把握
 安全運航のため操船者へ船体強度に関する情報提供
国土交通省
先進船舶技術研究開発補助事業
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概要
波浪計測
波浪推算

取り組み中：波浪の検証
正確な遭遇
波浪の情報

各部のLocalな応
力推定

操船情報
積付情報

船体構造の応力応
答計算

応力からの逆推定

成果目標

疲労強度評価船体メンテナンス

応力計測

取り組み中：応力の検証
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目次
1. 背景、研究の概要
2. システム概要
3. 手法と成果
4. 今後の予定とまとめ

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システム紹介（全船共通）
センサー配置イメージ図
応力センサー

応力センサーx2

加速度センサー

波浪解析装置（一部船）

モニター
応力センサー

応力センサー

システム画面イメージ図

データの流れNK SHIP DC

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システム紹介（1船のみ）
加速度センサー
応力センサーx2
加速度センサー

衝撃圧センサーx8

応力センサーx2

応力センサーx2

波浪計測装置
加速度センサーモニター

加速度センサー

応力センサーx2

加速度センサーモニター

応力センサーx2

ジャイロ

応力センサーx2
応力センサーx6

応力センサーx2

衝撃圧センサーx21

センサー配置イメージ図

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ホイッピング
従来の課題＜実船計測＞
スラミング圧力を計測するも波浪や操船などの情報がないため計算にFeedbackできなかった＜実船計測＞
スラミング圧力と同時に、遭遇波浪、本船速力、積付け情報、操船情報が取得可能

波浪中ホイッピングシミュレーションと曲げ変形量の時系列波形(提供： 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所)

本取り組
みの1隻

11＜計算＞
ホイッピング振動を発生させるスラミング圧を正確に推定できない

世界初の取り組み＜計算＞
実測値のFeedbackにより、正確なホイッピングのシミュレーションが可能となるシミュレーション精度向上
疲労強度評価精度向上© Copyright 2017
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目次
1. 背景、研究の概要
2. システム概要
3. 手法と成果
4. 今後の予定とまとめ

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手法と成果① データ取得と船体応力スペクトル解析② 応力から波浪を逆推算③ 疲労強度評価

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手法と成果① データ取得と船体応力スペクトル解析② 応力から波浪を逆推算③ 疲労強度評価

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データ取得における課題••••••

計測箇所の選定
ゼロ点調整
データ取得周期
データ量
センサーアラーム
時刻未同期→ 研究パートナーと協議しながらひとつひとつ課題を解決して、はじめて解析に使えるデータが得られる
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応力センサー設置

塗装前（施工時）

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塗装後
（施工時）

下から撮影
（試運転時）© Copyright 2017
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Hull Monitoring Systemの取得データ例

歪： A

応
力A
B
C
D
E
時刻→

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本船データの取得例
実船データの取得例 (航路、運航、気象データ)
 A船
 20:00～翌 3:00
 上海から香港へ

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船体応力スペクトル解析
本船針路(295度)

運航データ：針路 295度、対水船速 12.6 knot
気象データ：波周期 6.9秒、波向き 107.1度
波浪応答
周期：11.2秒

応力ス
ペクトル

DEA+B

弾性振動応答
周期：1.8秒← 低い

19C

波向き(107.1度)

周波数高い →© Copyright 2017
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手法と成果① データ取得と船体応力スペクトル解析② 応力から波浪を逆推算③ 疲労強度評価

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船体応力から波浪を逆推算

計測点の応力データ

完了
実施中
未実施

波浪を逆推算応力応答計算値

繰返して精度を上げる

21

波浪レーダ計測値で確認
波浪推算値
で確認

応力から波浪を計算© Copyright 2017
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船体応力データから波浪データの推定
波向を仮定して波浪スペクトル推定し、船体応力応答が実データと合致することが確認できた
推定波浪スペクトル

推定応力スペクトル
応力ス
ペクトル

波ス
ペクトル
周波数

周波数

22

実海象データ

推定結果

波向(°)

0

入力値(0）

平均波周期(秒)

6.9

6.88

有義波高(m)1.3

1.25© Copyright 2017
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手法と成果① データ取得と船体応力スペクトル解析② 応力から波浪を逆推算③ 疲労強度評価

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疲労強度評価
実測
計測点の応力データ

ホイッピングを含まない波浪応答の疲労寿命算出

ホイッピングを含む応答の疲労寿命算出

比較して計算精度向上
応力応答計算値

IACS推奨波浪発現確率(北大西洋平均)24

応力応答計算値
北大西洋の波浪応答による疲労寿命計算

計算

非計測箇所の疲労寿命評価を目指す

実際の遭遇
波浪データ
【現行の手法】【本取り組みの手法】

実際の遭遇
波浪による疲労寿命計算

ホイッピング影響による疲労寿命計算

波浪中ホイッピング
シミュレーション© Copyright 2017
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累積疲労被害度評価

Fatigue damage (D)

GMP
S-N線図の例（日本海事協会「鋼船規則」より）

疲労
被害度

Time
計測時間25© Copyright 2017
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データ収集・解析 苦労話
 遭遇海象が比較的穏やかなため 応力変動も少なく解析対象とするデータの選定が難しい
 センサーやその他の不良により初期段階では収集されたデータ数が少なく、なかなか解析作業に進めなかった• ゼロ点調整• センサーアラーム• 時刻未同期• データ欠損26© Copyright 2017
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目次
1. 背景、研究の概要
2. システム概要
3. 手法と成果
4. 今後の予定とまとめ

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今後の予定 データ収集の継続
 波浪の逆推算手法の精度向上
 非計測箇所も含めた任意箇所の疲労被害度解析
 正確な疲労強度評価による、資産の健全性評価
 適切なメンテナンス時期の把握
 安全運航のため操船者へ船体強度に関する情報提供
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まとめ
 まだまだデータを集め解析を始めた段階ではあるが本取り組みは順調に進んでいる。
 センサーやシステムを単に設置するだけでは、信頼できる絶対値は得られない。ゼロ点調整や絶対値の評価などを慎重に実施したうえで実用に耐えうるシステムとなる。

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まとめ
 船体構造に関しても、船会社が船やデータを持っているだ
けでは、計測点の選定をはじめデータ解析技術など、構造に関する高度な専門知識や建造造船所の設計情報が必要であり、課題解決できない。逆に、専門家だけでも実態の把握ができないため課題解決が難しい。
 課題解決のためには、1社ではなく、研究所や大学、気象会社、造船所、船級協会、船会社といったそれぞれの専門家がコラボレーションすることが必要である。
 引き続き専門家たちと一緒に研究を続け、目標を達成したい。
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ご清聴ありがとうございました

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