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日本原子力学会「2012年秋の大会」
広島大学 東広島キャンパス
2012.9.19-21

標準委員会セッション５（基盤・応用専門部会）「数値解析技術と標準」「数値解析技術と標準

Ｖ＆Ｖ標準の世界的現状
東京大学
越塚誠一

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目次
１．V&V (Verification and Validation)の背景
背景
２．海外での技術基準の現状
３．日本における技術基準の現状
４ まとめ
４．まとめ

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V&V (Verification and Validation)の背景4

Verification and Validation
検証と妥当性確認• シミュレーション結果の信頼性を具体的に確立するための方法論。
• CAE(Computer-Aided Engineering)(=シミュレ ションの産業利用)においてシミュレレーションの産業利用)においてシミュレーション結果の信頼性は欠かすことができない要件。
要件• 欧米では技術基準として確立されつつある：
モデルV&Vと品質V&Vの２つの流れがある。

原子力分野における計算結果の信頼性の重要性• 安全解析：許認可の要求事項
安全事
従来の保守的解析から最適評価へ「保守性の担保」から「定量的な不確かさ評価」へ• 研究の手段：
研究の手段、事故やトラブルの原因追求と対策• プラントの設計、運転、保守：
設工認、定検での利用• 汎用コードの利用：
汎用コ ドの利用：
中身のブラックボックス化• ココード認証
ド認証
計算結果の信頼性を制度として確保するには

5

6

福島原発事故におけるV&V上の課題• 地震動影響解析• 津波解析
– 現状において不確かさの評価が適切か– 水撃力や浮遊物衝撃力の評価• 放射性物質のリアルタイム大気拡散解析– 避難に有効な程度に高精度な解析は可能か• 過酷事故解析– 福島事故の再現解析– 損傷燃料位置の推定– 放出源評価– 過酷事故対策の有効性の評価– V&Vの現状と見通し

7２種類のV&V• モデリング＆シミュレーションにおけるV&V(モデルV&V)
モデリング＆シミュレ ションにおけるV&V(モデルV&V)– 解析コードによってどこまで実現象を評価できるか– 品質V&Vは前提– 海外：ASME V&Vの技術基準– 日本：日本原子力学会 標準委員会 基盤・応用専門部会
シミュレーションの信頼性分科会• 品質マネジメントにおけるV&V（品質V&V）– 工学シミュレーション業務の適切な遂行
学シ
シ 業務 適切な遂行– 海外：①NAFEMS QSS ②ASME NQA-1– 日本：①日本計算工学会「シミュレーションの品質・信頼性にかかわる調査・研究」研究分科会(HQC研究分科会)②日本原子力技術協会②
本技 協
解析業務品質向上検討会
解析
務 質検討

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海外での技術基準の現状

9ASME V&Vの概要の概要(モデルV&V)
現実世界の問題

概念モデル

実験

解析 デ
解析モデル
検証
計算結果

解析解等
Verification
計算結果

妥当性確認
Validation

実験データ

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Verification & Validation（米国）
••

•

•

U.S.DoD,U
S D D 1996(2003)
1996(2003), "D"DoDDM
Modelingd li andd SiSimulationl i (M&S) VVerification,ifi i
Validation, and Accreditation (VV&A)," DoD Instruction 5000.61,
Defense of Modeling and Simulation Office
AIAA, 1998, Guide for the Verification and Validation of Computational
Fluid Dynamics Simulations, AIAA G-077-1998, American Institute ofAeronautics and Astronautics
ASME, 2006, Guide for Verification and Validation in Computational
Solid Mechanics, ASME V&V 10-2006, American Society ofM h i lE
MechanicalEngineersi
ASME, 2009, Standard for Verification and Validation in Computational
Fluid Dynamics
yand Heat Transfer,, ASME V&V 20-2009,, American
Society of Mechanical Engineers

11ASME V&V 10-2006
10 2006• PTC 60 委員会– Chair: Schwer– メンバー: ３０人• 内容– Guide– 計算固体力学分野– V&Vの一般的概念を提示
V&Vの 般的概念を提示– 27ページ– 広く注目を集める

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コード開発の流れ
ド開発の流れPIRT (Ph(Phenomena Identification
Id tifi ti anddRanking Table)- Conceptual Modelの作成に有用- V&V計画の作成に有用
PIRTは原子力分野から生まれた概念
統計的安全評価手法にも用いられている
Trucano et al., 2002, SAND2002-0341

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ASME V&V 20-2009
20 2009• V&V 20 委員会– Coleman,, Steele– メンバー: 1０人• 内容– Standard– 熱流動分野– error,error uncertaintyの具体的評価手順– 88ページ14

ASME V&V 組織• ASME Codes and Standards: Board on
Standardization and Testing– V&V Verification and Validation in
Computational Modeling and Simulation• V&V 10 Verification and Validation in
Computational Solid Mechanics
下部規定が多数作成中：Draft 10.1～10.8• V&V 20 Verification and Validation in
Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer
Standardが発刊された (2009)• (V&V 30 Verification and Validation of System
Analysis and Computational Fluid Dynamics
Software for Nuclear Applications)StandardのDraftができている

米国機械学会標準委員会

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ASME Codes and Standards-BoardBoard on Standardization and Testing
TestingV&V Verification and Validation in Computational
Modeling and Simulation
V&V 10 Verification and Validation in Computational Solid
Mechanics
V&V& 20 Verification and Validation in Computational
pFluidDynamics and Heat Transfer
V&V 30 Verification and Validation in Computationalp
Simulation of Nuclear System Thermal Fluids Behavior
V&V 40 Verification and Validation in Computational
Modeling of Medical Devices

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ASME V&V Document Status (1)•Published Standards– ASME V&V 10-2006 - Guide for Verification and Validation in Computational Solid
Mechanics– ASME V&V 20-2009 - Standard for Verification and Validation in Computational Fluid
Dynamics and Heat Transfer– V&V 10.1-2012 - An Illustration of the Concepts of Verification and Validation in
Computational Solid Mechanics•Drafts– Draft V&V 10.2 - Role of Uncertainty Quantification in Verification and Validation ofComputational Solid Mechanics Models– Draft V&V 1010.3
3 - Role of Validation Metrics in Verification and Validation ofComputational Solid Mechanics Models– Draft V&V 10.4 - Role of Verification Methods in Verification and Validation ofComputationalpSolid Mechanics Models– Draft V&V 10.5 - Role of Validation Methods in Verification and Validation ofComputational Solid Mechanics Models
Draft V&V 10.6 - Defining Model Adequacy for Intended Model Usage in Verification andValidation of Computational Solid Mechanics Models– Draft V&V 10.7 - Role of Model Revision in Verification and Validation of ComputationalSolid Mechanics Models

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ASME V&V Document Status (2)•Drafts– Draft V&V 10.8 - An End-to-End Example of Hierarchical Verification and Validation ofComputational Solid Mechanics– Draft V&V 10.X – Value of V&V for Decision Making– Draft
D f V&V 20
20.1
1 - Multivariate
M li iM
Metrics
i - SupplementSl
1 off ASME V&V 20 - Standard
S d d ffor
Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer– Draft V&V 20.2 - Simulation at an Application Point - Supplement 2 of ASME V&V 20 Standard for Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and HeatTransfer– Draft V&V 30 - Standard for Verification and Validation of System Analysis andComputationalp
Fluid DynamicsySoftware for Nuclear Applicationspp– Draft V&V 40 - Standard for Verification and Validation in Computational Methods for
Medical Devices

ISO 9001のV&V

18(品質V&V)

NAFEMS• 英国の非営利団体• ISO9001準拠の計算業務の品質保証標準を整備している。
品質保証標準を整備している• FEM構造解析を中心に既に膨大なドキ メントが発行され膨大なドキュメントが発行されている。
• 解析者の力量管理も重要。
http://www.nafems.org/

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How to Plan a CFD Analysis• QSS(Quality ManagementSystem)の下部規定の１つ• Author: A. C. de Souza• 2002

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CFD業務の流れ• 具体的にCFDの業務
体的業務を書き下し、V&Vを加えたもの。
たも• ASME V&Vの影響を受けていると思われる。

解析の依頼
解析の要求事項の評価
解析の仕様書

形状の作成
格子の生成
格
成
モデルセットアップ
求解の過程
解
程

Verification
Validation

解の検証
解析の妥当性確認
後処理

報告書執筆

A. C. de Souza, “How to Plana CFD Analysis” (2012)よりデータの保管

CFD の使用が適切でなければ停止

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ASME NQA-1
NQA 1• 米国の原子力の品質マネジメントの基準
基準• 解析業務についても記述されている。
いる Requirement 3 Design Control: 401 Use ofComputer Program,
Program 800 Software DesignControl
 Requirement 11 Test Control: 400 Computer
Program Test Procedures, 602 ComputerPProgramTestTRecordsRd
 Subpart 2.7 Quality Assurance Requirements
for Computer Software for Nuclear Facility
Applications
 Nonmandatory Appendix 11A-1 Guidance on
Test Control: 200 Computer Program TestProcedures
 SubpartS b t 4.141A
Application
li ti A
Appendix:
di GGuideid on
Quality Assurance Requirements for
Computer Software22

日本における技術基準の現状

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日本原子力学会• 計算科学技術部会– 計算結果評価法研究専門委員会(2002-2005)– シミュレーションの信頼性ワーキンググループ(2010-2012)• 標準の元となるような報告書を作成• 標準委員会 基盤・応用技術専門部会– シミュレーションの信頼性検討タスク (2009-2010)• 4回の会合の後、報告書を提出 → WGの発足– 放出源の有効高さ計算実施基準 AESJ-SC-A004:2011• モデルV&Vの考え方を全面的に取り入れている。

– シミュレーションの信頼性分科会(2012-)• 原子力分野における一般的なモデルV&Vの標準を策定する予定
原子力分野における 般的な デ標準を策定する予定

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日本計算工学会• 「シミュレーションの品質・信頼性にかかわる調査・研究」
研究分科会(HQC研究分科会)– 主査：白鳥正樹（横国大）– 副主査：高野直樹（慶大）、越塚誠一（東大）– 幹事：吉田有一郎（東芝IS）、中村均（CTC）、堀田亮年(JNES)– 委員構成：自動車、電機、原子力、建設、CAE、大学など– フェーズ１：第1~9回会合を開催 (2009.6~2011.3)– 品質V&Vに関する標準を発刊した。(2011.5)
品質V&Vに関する標準を発刊した (2011 5)• 工学シミュレーションの品質マネジメント, JSCES-S-HQC001:2011• 工学シミュレーションの標準手順, JSCES-S-HQC002:2011– フェーズ２：第1~4回会合を開催 (2011.4~)• 下部規定（具体事例）の策定• 最新情報の交換

計算工学 Vol.16(4) (2011)25

特集「シミュレーションの品質保証」
・企画趣旨
企画趣旨
白鳥正樹
・シミュレーションの品質に関する海外の動向
越塚誠一
・シミュレーションの品質に関する原質 関する原子力分野の動向堀田亮年
自動車開発におけるシミュレ シ・自動車開発におけるシミュレーシ
ョンの品質保証沢田龍作
・工学シミュレーションの品質マネジ
メント 吉田有一郎
吉田有 郎
・工学シミュレーションの標準手順
中村 均
日本計算工学会標準「工学シミュレーションの品質マネジメント」JSCES S-HQC001:2011
日本計算工学会標準「工学シミュレーションの標準手順」JSCES S-HQC002:2011

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原子力施設における許認可申請等に係る解析業務の品質向上ガイドライン• 日本原子力技術協会(JANTI)• JANTIJANTI-GQA-01
GQA 01 (2010)• 解析業務品質向上検討会– 主査 渥美法雄(東京電力）– 副主査 戎崎浩治（関西電力）
浩– 委員：電力(発注者)とメーカー(受注者)を中心に29名• 内容– 調達、実施、検証、報告書の確認、記録の保管管理

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計算 学技術者資格認定制度
計算力学技術者資格認定制度
日本機械学会• 固体力学分野(2003~)– 初級(2006~)、２級(2003~)、１級(2004~)、上級(2009~)• 熱流体力学分野(2005~)– 初級(2006~)、２級(2005~)、１級(2007~)、上級(2009~)
初級(2006~) ２級(2005~) １級(2007~) 上級(2009~)• 合格者数：3779人(~2011)– 固体力学分野：2586人、熱流体力学分野：1193人– 初級：558人、2級：2306人、1級：874人、上級：41人
2012年6月27日に東京でNAFEMSと国際シンポジウムを開催し、NAFEMSの認証制度との相互乗り入れについて検討を開始した。
http://www.jsme.or.jp/cee/cmnintei.htm

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まとめ
• 原子力分野およびその他の産業において、シミュレ原子力分野およびその他の産業において シミュレーションの信頼性を高めることがますます重要になってきている。
• V&Vはシミュレーションの信頼性を高める方法論であり 世界的に急速に広まっている
り、世界的に急速に広まっている。
• モデルV&Vと品質V&Vの２種類の流れがある。
• 日本原子力学会では、一般的なモデルV&Vの標準を
本学会
般的な デ標準を作成するべく分科会が発足した。（→堀田様）• 既に発刊された「放出源の有効高さ計算実施基準
AESJ-SC-A004:2011」においてはモデルV&Vの考え方が全面的に採用されている。（→佐田様）