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ユーザ事例
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住友重機械マリンエンジニアリング株式会社

船舶設計で高まる解析ニーズに、設計者が簡単に使えるFemapで迅速に対応

設計業務のスピードアップとコスト削減を両立

住友重機械マリンエンジニアリング株式会社

船舶設計で高まる解析ニーズに、設計者が簡単に使えるFemapで迅速に対応

設計業務のスピードアップとコスト削減を両立

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quotation marks "表計算ソフトウェアを使っていたころは、時間も人数もかなりかけていました。今は、一人でもより多くのパターンにも対応できるようになり、時間、工数的にスピードアップを実感しています。" 廣瀬 裕二 氏, 製造本部設計部構造設計グループ 技師 住友重機械マリンエンジニアリング株式会社
課題
  • 設計と解析に対応できる多能工化
  • 変化する船級協会規則、顧客の要望への柔軟な対応
  • 設計上流での作り込み
成功の鍵
  • PCベースで使いやすいFemap
  • 高い精度、品質の解析を支援するビジュアル化
  • 柔軟なモデリング機能
効果
  • 図面と解析を理解できる設計者の増加
  • 開発のスピードアップ、コスト削減
  • 解析計算の精度、品質の向上
  • 設計の直感力を磨く新人教育
業界
  • 造船/洋上プラント
主な事業内容
  • 船舶や海洋建築物の設計/製造/販売を行う造船メーカー
ソリューション/サービス
  • Femap
  • NX Nastran
所在地
  • 神奈川県須賀市
quotation marks "Femapは導入・メンテナンスのコストが廉価なので、業務全体のコストダウンにつなげられています。" 廣瀬 裕二 氏, 製造本部設計部構造設計グループ 技師 住友重機械マリンエンジニアリング株式会社
quotation marks "表計算ソフトウェアを使っていたころは、時間も人数もかなりかけていました。今は、一人でもより多くのパターンにも対応できるようになり、時間、工数的にスピードアップを実感しています。" 廣瀬 裕二 氏, 製造本部設計部構造設計グループ 技師 住友重機械マリンエンジニアリング株式会社

設計者が使える解析ツールとしてFemapを導入

住友重機械マリンエンジニアリング株式会社は、中型タンカーを中心に建造しています。1897年の創業以来、1300隻以上の船舶を建造しており、大型練習帆船「日本丸」や「海王丸」も同社で建造した船舶です。

Femapを使用している製造本部設計部構造設計グループは、船舶の基本図の作成から船主、船級協会への承認書類の作成・提出とフィードバックされたコメントへの対応、製作用図面の作成、船舶の性能計算、NC作業、試運転時の振動計測など幅広い業務を担当しています。この中で、船舶の構造の各種強度・振動計算のプリ/ポストツールとしてシーメンスPLMソフトウェアFemap™を使用しています。

同グループでは今から9年前、それまで使用していたUNIX®ベースの解析ソフトから切り替える形でFemapを導入しました。現在、プリ/ポストとしてFemapを4ライセンス、ソルバーとして NX™ Nastran®を1ライセンス導入しています。

解析専任者については、現在は多能工化を進めており、設計と解析を兼任で行っています。また、設計専任者にもFemapの使用を拡大しているところです。

「それまで使用していたソフトは操作が難しく専任者しか使えませんでした。またメンテナンスが大変で保守費が高い。設計者も使えるツールを探していたのでFemapを導入しました。」と同グループ技師の廣瀬氏は、コストパフォーマンスに優れている点と設計者が使えるツールであることをFemap導入の理由として挙げています。ソルバーにはNX Nastranを使用しており、「信頼性、安定性、知名度」を理由として挙げています。

造船の場合、試作や実験ができません。実験の代わりに、船殻各構造の解析シミュレーションにFemapを使用しています。 また、詳細設計の段階で構造の変更を行うと影響が大きくなるため、詳細設計に移る前に構造を決定しなければなりません。そのための裏付けとしてシミュレーションの結果が用いられます。同社では横部材の形状は基本的に解析の結果をもとに決めているほか、艤装品を設置する甲板下の構造の検討にもFemapを使った解析シミュレーションがよく活用されています。

船級規則に従った強度計算、社内のノウハウを活かした解析

船を実際に運用するためには、船級協会から承認を受け「お墨付き」をもらわなければなりません。この船級協会は世界中にいくつかあり、どこで認証を得るかはその船の船主の希望で決まりますが、船殻部分の強度計算方法や評価の仕方はほとんどの船級協会で共通の基準が用いられています。共通の規則で検討された結果は、報告書としてまとめられ、船級協会へ提出されます。

船級協会の規則では、メッシュの切り方やモデルの作り方も決まっています。以前は表計算ソフトウェアで計算すれば良かったものも、最近ではモデル化して計算する要求の比重が大きくなってきています。そのためFEMツールを使った作業が増えています。船級協会への提出書類を作成するのも大切な仕事の一つです。Femapなら、PCで作業できますので、モデルや解析結果をコピーして報告書に流用するのも簡単で助かっています。」と、廣瀬氏は話します。

また、船の構造を決めるには、さらに詳細な検討が必要で、船体の防振設計に関する解析、自社基準に基づく局所的な強度計算など多くの場面でFEMが活用されています。 「造船の場合、試作ができません。そのため経験工学的なところがあります。過去の不具合のフィードバックをもとに社内の独自基準の見直しを繰り返しています。」と、同グループの根ケ山グループリーダーは話します。これまで蓄積されたノウハウを設計に活かすため、Femapを使った解析が行われています。

最近では設計の前段階にあたる企画・開発段階から同グループのメンバーが参画して、開発船の仕様を決めることも増えています。通常では、一世代前の実績船をベースに開発が始まり、より軽く、より安くなどの要求に対する変更を加えた場合に設計が成り立つかというフィージビリティ・スタディを行います。 「次の開発船をどうするかという仕様、構造の検討にも設計・解析の技術者が関係しています。新造船のアイデアを検討する中で、強度や振動に問題がないかを確認するため、早い段階から解析計算を行っています。そのため、解析と図面の両方の知識を持つ「多能工化」した技術者が求められています。」と、根ケ山グループリーダーは話します。

また、Femap、NX Nastranを使った解析計算は船自体の設計だけではありません。建造時の強度計算にも使用しています。一般に大型の船は、船体をいくつかのブロックに分けて製作し、それらを組み合わせて最終形状にするというブロック工法という手法で作成されます。組み合わせるときには、ブロックをクレーンで吊って正しい位置に設置しますが、ブロックは大きいもので500トンにもなります。クレーンで移動しているときにも問題が起きないように強度計算を基に適切な補強を加えたりしています。 このように、同グループでのFemap、NX Nastranを使った解析は、上流の開発から建造時まであらゆる場面に広がっています。

Femapでスピードアップとコスト削減を両立

同社では、各設計者がPC上のFemapからPCサーバー上のNX Nastranにデータを転送して計算しています。 「PC上からサーバーへジョブを投げることで、計算中にもPCを有効に使えます。どこで計算を行っているのか、実際にはあまり意識せずに行えますので、不自由さは感じません。FemapとNX Nastranは開発元も同じシーメンスなので、互換性も良く、スピーディーに作業できています。」と廣瀬氏は話します。

同社で使用する解析用モデルは、静解析モデルで50,000節点/120,000要素、全船モデルによる固有振動解析モデルで10,000節点/25,000要素ほどのものが一般的です。このモデリングにもFemapが使用されています。 「使用する機会が多いビーム要素のモデリングでは、断面形状を定義するだけで剛性やオフセット量が自動計算されるので役立っています。」と廣瀬氏はFemapを使ったモデリングの効率化のメリットを話します。

船級協会からの要求に対しては、モデルの一部のメッシュを細かくする必要があります。全体は粗いメッシュで、例えば溶接接合部周りを細かいメッシュで解析します。そのような時に、細かいメッシュで作成しておいた別のモデルを対象の部分に入れ替えていますが、この作業もFemapなら楽にできると話します。 「以前は、細かいメッシュが必要な部分は、そこだけ切り出して別で解析をしていたので、時間が掛かっていました。今は、全体の中で粗い部分と細かい部分を一緒にして解析することが可能です。」また、「変形の連続性をシミュレーションするためには、全体の中に細かいメッシュ部分をはめ込んで計算した方が精度が高く、結果も良くなっています。」と根ケ山グループリーダーは話します。

Femap導入以前は手計算での作業も多く、表計算ソフトウェアで数値を検討することもありました。今はFemapを使って、計算結果をビジュアルで確認できます。住友重機械マリンエンジニアリングはFemapの直観的なユーザーインターフェイスと先進的なグラフィック化の効果を評価しています。「モデルの作り方は良いか、また正しい条件を与えているかを目で見て確認でき、間違いを減らすことができています。また、計算結果もビジュアルで分かりやすく、判断がし易い。そのようなことからも品質が向上しています。」と廣瀬広瀬氏は話します。また「表計算ソフトウェアExcelを使っていたころは、時間も人数もかなりかけていました。今は、一人で多くのパターンの検討に対応できるようになり、時間、工数的にスピードアップを実感しています。」 構造設計グループのエンジニアである小澤氏は「Femapは他のソフトと比べて安価なため、年間保守費等でも経費削減に役立っています。」と、コスト削減効果について話します。

時代と共に変化する船級規則や顧客ニーズで解析業務が増加

船舶を取り巻く環境は、時代と共に変化しています。現在では、安全性や燃費改善、排ガス規制、環境問題への対応、さらには設計の透明性を高める要求が高まっています。このような要求に応えるため、新たな設計の必要性も発生しており、Femapを使った解析業務も増えています。

船級協会の規則が変更され、2015年夏以降の契約船からは新しい基準が適用されます。 「新しい規則では、解析を行うべき対象は船体中央部ホールドのみから、前後ホールドを含む全ホールドになります。作業量は約4倍に増加します。」と廣瀬氏は話します。 燃費改善では、プロペラや舵周りの付加物の改善が求められ、強度及び防振機能の確認が必要です。環境面ではバラスト海水を、船体内で処理して無害なものにして現地で捨てることが必須となっており、そのような処理設備を甲板上に設置した場合の防振、下部構造の強度計算が必要です。

また環境では、排ガス規制への対策も重要です。 「遠洋航海する船は一般に低価格のC重油燃料を使用して運航コストを下げるようにしているのですが、このような燃料では排ガス規制をクリアすることが困難です。そこで、特にヨーロッパの港に入る際にはよりクリーンな排ガスを出すような燃料に変更する必要があります。そのために複数の種類の燃料に対応できるようにタンクを増設したり、排ガス規制に対応する処理設備の設置が必要になったりと、従来の船にはなかった機能が求められるようになってきています。」と根ケ山グループリーダーは話します。

これらは新規建造船に求められるものですが、排ガス規制適応対策は就航船でもニーズがあります。タンクを2つに分割する改造に関する問合せも増えていると言います。そのほか、仮に就航中の船に不具合が生じてしまった場合にも、その原因究明や、対策にFemapが使用されています。 「船は運航できなければ意味がないので、修理期間はできるだけ短くしなくてはなりません。そのような時こそ、誰にでも使いやすいFemapは有利です。」と小澤氏は話します。

誰にでも扱いやすく、新人教育にも効果的

以前、主に使用していたUNIXベースのツールによる解析は、ツールを使える人が限られ、結果的に解析は専任者が行う業務でした。現在は設計者の業務用PCでFemapが使用できます。

「Femapはメニューが日本語のため、初心者でも抵抗なく使用できる。」とその使い易さを評価しています。 また、新人教育においてもFemapを使用しており、材料力学等の教育で効果を上げています。この教育では、Femapのチュートリアルで基本的な知識を習得し、その後徐々に具体的な設計図面をベースにした解析に移行していきます。 「新人にとっては、図面を見ただけでどこに応力がかかるか、どのように変形するという、具体的なイメージをつかむのはとても難しいことです。シミュレーションで見ると、構造上の厳しい部分なども分かりやすく、設計の直感力を磨くためにも良いと思います。」と根ケ山グループリーダーは、同社で推進している、図面と解析を両刀使いできる「多能工化」した設計者の育成にもFemap のメリットを話します。

設計と解析が分かる人材が増加することで、Femapの用途は様々な分野に広がっています。作業船、海洋構造物などの解析のほか、住友重機械グループ内の別会社から建設機械やショベルのアーム等の強度解析の依頼を受けることもあります。

今後同社では、船級規則の変更による解析業務の増加や顧客ニーズの多様化への対応にもFemapで応えていく予定です。「設計者でも扱いやすいFemapを使用することで、より多くの解析業務をこなすことができるようになります。また、今後はFemapのAPIを活用したカスタマイズも行い、さらに処理能力を向上したいと思っています。」と廣瀬氏は期待を寄せます。 また、現在は船級協会への提出用ドキュメントの作成に多くの時間を要しています。 「今後、船級協会作成ソフトとのリンクを基本として、ポスト処理の自動化、計算書作成の自動化のためのカスタマイズを行うことで、リードタイムの短縮も図りたいです。」と、さらなるスピードアップを狙っています。

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