Monohakobi Techno Forum 2023

「自動運航船とMEGURI2040の取り組み」
2023年12月4日

株式会社MTI 船舶物流技術グループ
中村 純

自律船チームMonohakobi Techno Forum 2023

目次
１．世界の自動運航船開発現状とNYKグループの自動運航船開発の取り組み
2． 自動運航船の開発プロセス紹介～MEGURI2040ステージ２を例に～
3． 自動運航船で実現したい未来～MEGURI2040ステージ２を例に～© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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Monohakobi Techno Forum 2023

目次
１．世界の自動運航船開発現状とNYKグループの自動運航船開発の取り組み
2． 自動運航船の開発プロセス紹介～MEGURI2040ステージ２を例に～
3． 自動運航船で実現したい未来～MEGURI2040ステージ２を例に～© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自動運航船に関する世界の状況IMOのMSC（Maritime Safety Committiee)で現在MASSコードを議論中
2024年末までに非義務化コード制定（2026年度義務化コード制定）、2028年に発効を目指す。

＊出典：国土交通省HPより© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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世界における自動運航船のユースケース
開発国 開発主体

開発内容

利用海域

具体例

日本

海運会社・メーカー等
コンソーシアム形式

無人運航機能搭載自律船、有人自律船、遠隔支援

大洋~沿岸~湾内~河川（全海域）

MEGURI2040
プロジェクト等

韓国

造船所

乗組員サポート

大洋

KASS Project

欧州研究所・インテグレー
ター

遠隔操船・支援、海域を限定することで実現

河川等

YARA,SEAFAR＊出典：日本海事協会HPより© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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NYKグループの 自動運航船開発
2021年~2023年【国】海事産業集約連携促進
2018年~2020年技術開発支援事業【国】操船支援機能と遠隔からのMEGURI2040ステージ２

操船等を活用した船舶の実証事業

DFFAS+ PJ（通称：タグ実証）【国】人工知能をコア技術とする内航船の操船支援システム開発

2022年10月～2025年度

2019年～2021年
MEGURI2040ステージ1
DFFAS（Designing theFuture of Fully

2016年～2020年

Autonomous Ship）【国】i-shipping 船舶の衝突リスク
判断と自律操船に関する研究© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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なぜ自動運航船が必要か

安全性向上、船員不足対応、物流の安定
安全性向上

周囲環境・船型変化による操船難易度の上昇（操縦性低下、輻輳度増加）

航海事故の約8割は人的要因

自動運航船の価値
船員不足
物流の安定

・将来の海上輸送増大（トラックから海運、鉄道へ）の対応
・世界の船員不足8.8%、過去最高
2023年8月1日 11:00 （日経新聞）・日本の船員・労務力不足解消（2040年には現在比30%の船員不足)© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

＊（参照）内閣府物流革新緊急パッケージ 6

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NYKグループの 自動運航船開発
要素技術開発コンセプト設計

情報収集

実証実験

© 2023. MTI Co., Ltd.
7 All rights reserved.

分析計画

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自動運航船開発におけるNYKグループの研究パートナー
国内

海外
ORCA AI（画像認識）

日本財団 MEGURI2040(51社）

Hoglund（機関プラント監視）

タグボート実証事業（19社）

技術開発

DNV（シミュレーション環境）

大阪公立大、広島大、大阪大

NYKグループ

MTI
MTI
制度、評価、検証

ABS、DNV、BV

国土交通省

Lloyd’s（University of Warwick）

日本海事協会

University of Southern California

日本船舶技術協会

ONE SEA

・国内の苦手分野に関しては海外の知見を取り込んだコアジャパンな研究体制構築・日本の開発技術を世界の標準技術へ© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自動運航船の技術・社会課題・開発プロセスを構築・取り纏めするシステムインテグレーター不在（自動運航船における開発プロセス：ConOps⇒RA⇒設計⇒開発⇒評価検証⇒製品）
システムインテグレーター・社会受容性の構築（法律、規則、技術規格）

・自動運航船を利用する乗組員、関係者への教育プログラム© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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目次
１．世界の自動運航船開発現状とNYKグループの自動運航船開発の取り組み
2． 自動運航船の開発プロセス紹介～MEGURI2040ステージ２を例に～
3． 自動運航船で実現したい未来～MEGURI2040ステージ２を例に～© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+プロジェクト概要（MEGURIステージ２開発）
日本財団様のサポートによる自動運航船社会実装プログラム
期間：2022年10月～2026年3月
参加者: 計51社
メーカー、造船所、船主、海運会社（外航、内航）、荷主など海事クラスターの構成要素を網羅したコンソーシアム

概要：4隻（新造船＋要素技術船）の実証
自動運航船技術の規格化
社会受容性の向上（ルール、安全性、経済性など）© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+プロジェクト目標• 実証実験
• 技術の規格化• プロセス基盤強化• 製品化(認証スキーム構築技術開発① 実証実験
② 開発した技術の規格化© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

社会実装

環境整備

• ルール整備• 人材要件 & 教育方法検討• 特区、規制のサンドボック
ス化検討• 価値の創造(運賃・保険等)• 社会的理解③ 開発プロセス基盤の強化④ 社会実装のための環境整備
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MEGURI2040ステージ２ 体制

DFFAS+ コンソーシアム
船級(NK, DNV, ABS)

全体会議

実証 WG
Leaders: MTI・JMS・MRI

新造コンテナ船（旗船）
Leaders: JMS・MES・MHI

規格 WG
SensorEng.Plant

Integrator

Communication(Ship to shore)

Planner

Data records
management

Controller

System statusmanagement

離島航路船
Leaders: MOL

既存コンテナ船（改造）

日本財団

PMO

社会実装 WG

ルール・規制WG
保険WG
教育WG

Leaders: JRC/K-Line

RORO船 (改造)MEGURI2040安全評価評価事業（日本船舶技術協会）© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

国土交通省

海上保安庁

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DFFAS+技術開発内容（実装WG）

最先端の技術開発（コンセプト設計（RA）・開発、建造管理・運用）を実施
実証WG構成実証WG開発内容①設計、リスクアセスメント②センサー、センサー統合機能③航海計画作成機能④操船制御機能 ⑤係船機能⑥機関プラントの遠隔監視・支援機能⑦船陸間通信機能⑧ステータス管理、情報記録機能⑨陸上支援機能© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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本PJにおけるMTIの役割① PMO（Project Management Office), 実証旗船WGリーダー
過去船級から取得したコンセプト設計AiP② 2025年実用可能な自動運航船のコンセプト設計③ リスクアセスメント（含むサイバーセキュリティ）④ 水槽実験・実船実験を最小化した運動モデル作成
・作成手法確立⑤ 360°カメラ画像認識システムの距離精度向上⑥ 機関遠隔支援コンセプト設計及びリスクアセスメント（プラント異常原因推定機能、復旧支援機能開発）⑦ 自動運航システムの各種規格作り© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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自動運航船の開発プロセス

目標：旗船において自動運航船ノーテーション取得、コンセプト設計のAiP取得
Vプロセス：
開発工程とテスト工程で各作業をリンクさせ検証作業を効率よく実施する手法（例）
・概念設計内容を全体システム試験で確認
・基本設計内容を結合・機能試験で確認
・詳細設計内容を単体試験で確認＊各設計時にリスクアセスメントを実施して設計の妥当性を確認
参考（各船級のガイドラインより）船級の自動運航船ガイドラインの中でも、本設計手法を推奨＊出典：日本海事協会自動運航船ガイドラインより© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

＊出典：ABS自動運航船ガイドラインより

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自動運航船におけるConOps（Concept of Operation）
システム享受者からシステム開発者へ開発の目標を定め、関係者間の合意を得る資料⇒最終的なシステム評価の元になる資料© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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概念設計・リスクアセスメント とは
概念設計の目的• 開発目的を踏まえたスコープ設計• 実装のために必要な要件を具体的にスコープに加える→ 例 “1名航海当直の要件”・機関プラントの遠隔監視要件”• モデルを用いて，概念-基本設計とRA，要求-機能-構造のトレーサビリティを担保

リスクアセスメントの目的• リスクアセスメントと設計（要求）との関係性を明確化••

事象の順序，安全バリア同士の関係性等の整理（ロスシナリオの整理）
機能要件とSafety Constraints（安全制約）の関係性の整理• シミュレーションを活用し，設計への定量的なフィードバックを与える（V&Vとの連続性を高める）•

複数のリスクアセスメント手法を組み合わせ，クリティカルシナリオを抽出（シナリオベース検証のトライ）• リスクアセスメントの手法を体系化し，今後の自動運航船開発に活用© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+の概念設計
各種モデル（Control Structure図、
Function Flow Block Diagram図など）を用いて，概念-基本設計とRA，要求-機能構造のトレーサビリティを担保

Control Structure図

船陸間の役割分担（長期的・短期的判断）

通信環境（船陸間）

階層的なコントローラ間のインタラクション

コントローラのコントロール（複数の自律化レベルのダイナミックな変化）⇒関係者と意識合わせ＋基本設計、詳細設計の指針、全体システムの評価・検証の答え
同一レイヤのコントローラ間のインタラクション（人と機械）

機関からのエネル
ギーの提供（時間）© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+リスクアセスメントの実施• 過去の成果を踏まえたコンセプト設計に対し，「システム安全」の観点から追加的な分析を実施• 概念設計にSTPA（System-Theoretic Process Analysis）、基本・詳細設計時にFMEAを実施
リスクアセスメント

Phase 1のRA結果を踏まえた設計

STPAを通じた
ロスシナリオ定義・要求抽出＋定量評価

統合テストでの試験方案に活用

FMEAを通じたバリア抽出（コンポーネントレベル）© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

ユニットテストにおける試験方案として活用（一部統合試験にも）20

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複雑システムの創発的な危険に対処するリスク解析手法: STPA
• STPA: System-Theoretic Process Analysis (Nancy G. Leveson, 2012)• 構成要素の相互作用を，システム全体が防ぐべき危険事象・制約を踏まえゴールベースに分析することで，非安全な相互作用によって引き起こされる危険事象について抽出・具体化する手法• 機能レベルでのモデル化により，開発の早期段階から安全要求の早期抽出が可能
コントローラとシステムの振る舞いの関係

STPAの手法（4ステップ）

Nancy G. Leveson, John P. Thomas, STPA Handbook, 2018

© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+におけるSTPAの工夫

時系列的な要素も踏まえたLoss Scenario (Causal Factor) の抽出（例）• 航海環境が変化（海域、操船タスク（避航⇒離着岸））すると システムの機能要件も自動的に変化する中で，情報の送信時間間隔は十分か？
• 避航計画の策定において，処理の上限時間間隔は十分か？
シーケンス図本船センサーと短期航海計画機能のFFBD図

情報が間違っている・揃っていない
この判断に誤りがある
時間がかかる→状況が変化する

CA3© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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ロスシナリオの具体例

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ロスシナリオを表にまとめ、基本・詳細設計、全体システムの評価検証に活用
UCA_IDUCA

SC_ID Context

UCA3-P-1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

UCA3-P-1

PMB_Belief CauseIDFromTo

Process Model

他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），ステータス"FA/MM"

SERPP(machine)

DTC

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），ステータス"FA/MM"

SERPP(machine)

DTC

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

UCA3-P-1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），ステータス"FA/MM"

SERPP(machine)

DTC

UCA3-P-1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

他船や陸が自船周囲にいる状況

SERPP(machine)

UCA3-P-1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

UCA3-P-1

機能ブロック

旧SC

LS_ID

情報が現実と異なるにもかかわらず，確度の高い他船情報が得
i2られていると認識している

Sensor（他船）Integrator

SC2

LS1

1

情報が現実と異なるにもかかわらず，確度の高い自船（船位・i1
速力）情報が得られていると認識している

Sensor（自船）Integrator

SC1

LS2

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

1

情報が現実と異なるにもかかわらず，確度の高い地理情報(NGA)が得られていると認識している

Sensor（地理）Integrator

SC7LS3DTC

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

1

最新の情報を取得していると認識している（センサ情報が揃っcomている→通信の遅れ，等）Communication

通信(SC8?)SC1/2/3/7LS4他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），航海途中で一旦 SERPP
自動運航システムをOFFとし，再起動し (machine)
た状況，ステータス"FA/MM"

DTC

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

1

最新の情報を取得していると認識している（過去の情報が残っcomている状態で計画策定を行う）

Integrator

SC1/2/3/7

LS5

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），ステータス"FA/MM"

SERPP(machine)

DTC

自船周囲の他船・陸を認識していない／実際と異なる位置で認識している

1

情報が現実と異なるにもかかわらず，海図情報が正しく得られi5ていると認識している

Sensor（地理）Integrator

SC7LS6

UCA3-P-1

SERPP (machine)より他船・陸と近づ
くAction PlanがDTCに伝わり，そのま SC1
ま他船・陸との距離近接に至る[SC1]

他船や陸が自船周囲にいる状況，航行中（全航海モード），ステータス"FA/MM"

SERPP(machine)

DTC

自船の制御装置は計画を正しく追従できると1/2認識している（制御装置の性能を自然環境情報をベースに見積もっており）
i3/To
確度の高い自然環境情報が得られていると認識している

Sensor（自然環境）
SC3Integrator

LS7

UCA3-P-2

SERPP (machine)より制御できない
Action Planが伝わり，人のバックアッ
SC2プ操船も間に合わず，操縦不能→転覆・船体ダメージに至る[SC2]

航行中（全航海モード），ステータス
SERPP"FA/MM" ※人のバックアップが入っ(machine)
た場合の分析必要

DTC

自船の制御装置は計画を正しく追従できると認識している（制御装置の性能をステータスを基に判断しており）確度の高To/a1
い制御性能の情報が得られていると認識している

SERPP (machine)

LS14

Contextは• 航行モード• ステータス• その他（荒天，他船の位置等）
をベースに記載© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

2

Process Modelの齟齬は1入力に対する信用
2出力に対する期待
3プロセスの情報解釈（及びその仮定）の視点から抽出
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GW_ID

i5

SC5/6

Process Modelの齟齬の理由は具体的なインプット(i)や処理における仮定（a) 等を踏まえて機能ブロックレベルまで具体化

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評価検証実施要領
リスクに対する対応ができているかロスシナリオに沿ってシミュレーション環境を構築して可能な限り検証、シミュレーションで検証できない項目は実船で検証
実証実験洋上試験

シミュレーション環境による陸上統合試験© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS＋ 規格 WGの目標• 短期目標：MEGURI2040で開発しているシステムのデファクトスタンダード化（＝日本型システムインテグレーション体制の整備）• 成果物：フォーラム規格（ガイドライン、フレームワーク）の作成⇒ White Paperの作成• 長期目標：上記成果物を国際規格化（ISO、IEC）への推進• 成果物：自動運航船の規格化
DFFAS Plus PJ
国交省

IMO条約

船技協

船級規則、ガイドライン

連携

船級協会

海技研

日舶工
船陸通信、データ規格

DFFAS+規格WG© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

国際規格（ ISO, IEC, ITU)

Simulation
platform

企業/業界規格[フォーラム標準]

規格WG

規格WGの成果物

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• 規格WG 成果物 （Whitepaper）◦ ドキュメント種別：◦ Main 自律運航システム全系を説明する資料 （Sub Doc. 間をつなぐための資料）◦ Sub 各WGの機能/性能要件を説明する資料 （自律船 構成技術の要素まとめた資料）◦ Main Whitepaper⇒ 担当： PMO
◦ Sub Whitepaper⇒ 担当： 規格WG リーダー＋主筆者

Main WP.
船級ガイドライン

Sub WP.

スコープ

システム
コンポーネント

機能要件
性能要件

スコープ/コンセプト
Sub WP.

IMO MASS
ガイドライン・・○○
ガイドライン© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

自律運航システム構成システム
コンポーネント

スコープ
機能要件
性能要件

・・・

※詳細は参考資料

Sub WP.

スコープ

システム
コンポーネント

機能要件
性能要件

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規格WGの成果物

Monohakobi Techno Forum 2023

自動運航船の要素技術である８項目にてWPを作成
WG名Sensor
Integrator

目標成果物
新規センサの性能要件およびIFを規定する
Integratorの機能/性能要件およびIFを規定する

Planner

Plannerの機能/性能要件およびIFを規定する

Controller

Controllerの機能/性能要件およびIFの規定する

Propulsion

複数船を陸上監視し、機関士１名で安全運航ができる要件を規定する。

船陸通信

自律運航システム実現に向けた船陸間通信に関する要件を規定する

情報記録管理自動運航船の運用、管理を行うのに必要な情報と、情報を共有する方法と範囲を規定する。必要なセキュリティ確保の方法についても規定する。

ステータス管理自律運航システム実現に向けたシステムの集中管理機能に関する要件を規定する© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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目次
１．世界の自動運航船開発現状とNYKグループの自動運航船開発の取り組み
2． 自動運航船の開発プロセス紹介～MEGURI2040ステージ２を例に～
3． 自動運航船で実現したい未来～MEGURI2040ステージ２を例に～© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

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DFFAS+にて想定される成果◆ 2050年に向けた1st Stepでルールに適用できる自動運航船実用化◆ 国際的・国内的な自動運航船に関するルール、規格整備◆ 複雑な新機能開発における日本版システムインテグレーション体制構築
日本版システムインテグレーション
海運会社
・船主

欧州システムインテグレーション
海運会社・船主

PMO
造船所
メーカー
規格

システムインテグレータ

造船所・メーカー
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Monohakobi Techno Forum 2023

自動運航船によって想定される未来
自律化＝人間と機械の相互補完により安全運航と本船の省力化の達成
機械

人間

正確性・並列処理

信頼性・対応力機械• 航海：内航749GT以下と同じ当直体制（2名から1名に）• 機関：機関長の機関プラント遠隔監視

1st Step

人間• 実証実験によるデータ取得

情報収集

機械

人間

機械

人間

分析

実行

航海・機関当直タスク
人間承認© 2023. MTI Co., Ltd. All rights reserved.

• 航海当直を一部船橋０に（B0）

2nd Step• 機関士1名で運航できる体制構築• 継続利用体制の構築

3rd Step
機械• 自動運航船社会実装

人間計画
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まとめ

Monohakobi Techno Forum 2023

・自動運航船は安全性向上、船員不足対応、物流の安定を実施するための必要技術
・自動運航船の開発・検証・運用、教育を取りまとめるシステムインテグレーション
体制が必要
・MEGURI2040で日本版システムインテグレーション体制の構築に挑戦
・開発、規格、社会実装の３本柱で実施。
・MTIはPMO（ConOps、概念設計、リスクアセスメント、評価検証）で本ＰＪに貢献

安全・安定の輸送環境を提供するため、自動運航船を実装していく。
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Monohakobi Techno Forum 2023

ご清聴どうもありがとうございました。

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