Ansysの活用について

私どもの数理技術グループは、全社のプロセス開発、プロセス設計や改善、プラント設計などを担う生産技術センターに所属しておりまして、研究開発、製造部門での数理解析技術支援、つまりAnsysを使った解析などによって全社の技術計算分野の推進展開を図っています。現在数理技術グループの担当者は7名いるのですが、主に研究開発分野の対応を中心に、計算手法がまだ確立していない分野に注力しています。それから実際の組織とは別に、全社の技術のバックボーンとして、27の要素技術によるテクノロジープラットフォームが仮想的な組織として設定されています。
（図1）数理技術もコア技術として基盤技術に位置付けられておりまして、事業部の枠を越えて約20名で活動しています。このように実際の組織と、仮想的なテクノロジープラットフォームの両面で解析を推進しているわけです。
また、私どものグループは各事業所からの解析依頼を受ける立場にあるのですが、それぞれの事業所でも現場のニーズに即した解析のためにAnsysが利用されています。アルミ分野の研究開発部門として小山事業所の加工技術開発センターに約20名、喜多方事業所には約10名のAnsysのユーザーがいます。また、化学品や電子材の各種プラントの装置設計や製造条件の最適化検討を、かつて当グループの所属者や当グループでの教育を受けたAnsysユーザーが各事業所に数名ずつおりまして、各々がネ ットワークでAnsysを使用しています。（図2）

Ansysを最初に導入したのは確か1985年で、もう20年近く前 になりますね。我々は化学会社ですから構造解析だけではなくマルチフィジックスつまり連成解析ができるものが必要でしたので、その当時は他に比較対象となるCAEもなく、必然的にAnsysになりました。それに当時からAnsysは使いやすかったですし。実際には購入前にサイバネットシステムさんの前身であるCDCのリモートコンピューティングサービスでAnsysを使っていたという経緯もあります。

プラスチックの成形品に対する構造解析と、セラミックを高温で焼結する場合の電気と熱の連成解析でしたね。様々な加熱炉を持っていましたのでその設計が主な目的でした。セラミックスの熱処理では大量のエネルギーを消費するのですが、そのような事象を解析するのは当時としてはかなりの規模の計算になりました。ただ他の会社もそうでしょうが、お客様からの要望で解析は必須だったのです。

もちろん効果はありました。その頃扱っていたのが軸対象モデルで作成した人造黒鉛電極のネジ接続部の発熱現象だったのですが、かなり満足できる結果が出ました。お客様の方でトラブルが頻繁に起こっていたことから解析での検討に踏み切ったのですが、実験とも上手く合いましたし実際に事故の起きない形状を導き出すことができました。

導入した当時は2人で担当していたのですが、それではとても対応できませんから、利用希望者を募って1、2ヶ月使ってもらったのです。個人指導の時期もありましたし、年に一度は集合教育を行なったこともありました。教育に関してですが、一般にCAEの活用は現場での適用が基本ですから、現在では社内のAnsys教育にも力を入れ、各事業所での活用を推進しています。その点ではAnsysの使い易さはとてもありがたく感じています。

アルミ関係を担当している部署はヘビーユーザーですね。自動車会社さんがお客様として圧倒的に多いので、例えば自動車の足回りやサスペンションの構造解析に利用しています。納品時には解析結果も添えてということが多いですし、構造解析だけでなく最適化まで行って欲しいという要求が高いですね。お客様から、こういう場所でこの荷重でという基本的な要件が出てくるのですが、その中で最も軽量で強度があるものを提案しなければなりません。それをAnsys側で計算して、その後実験も行ってから納品しています。

アルミ関連については、時期によっては解析の件数はものすごく多いですし、我々も数少ないユーザーを総動員しないと、納期に間に合わないこともあります。解析に使うモデルも出来上がったものが渡されるのではなくて、条件だけが来ますから、図面を一から起こすところから始まるので大変ですよ。

実用レベルになったものは当事業所の人に任せています。我々の部署はもう少し開発的なことや、研究分野も含めて解析を行って見せて、事業所の人を巻き込んで、事業所自身の人が使いこなせるように方向付けをするというようなことを行っているわけです。ルーチンワーク的なことは各事業所の人に手順書と一緒に渡してしまうようなことですね。そのように運用方法を指導することは大事だと思いますよ。各事業所が独自に解析を行えるようにするには、そこまでやる必要はありますよね。逆に私どものグループでは、例えば熱解析だと温度を計れない部分や、製品の中の温度など、実験を行うのが大変な場合に解析を用いて最適な条件を導くということが多いですね。

つまり実際に検証できないものが、解析として依頼が来るわけです。検証できるものは、実験を行なってしまいますから、我々のところには解析としてはあまり話が来ないですね。

そうですね。しかし計算値が実測値と完全に一致するようにモデルを検証することは不可能ですから、ケーススタディを行って、その動きが実際の実験の動きとモードがあっているかどうかという点で、そのモデルの良し悪しを検証しているのです。

今はある程度重点的なものに絞って対応するようにしているのですが、年間だいたい30件から40件くらいになります。場合によっては、1年中継続している案件もあります。解析内容も様々ですから、依頼があがってくる部門に直接行って、現物を確かめながら打ち合わせをして解析に取り組むということを行っています。

先ほどもお話ししましたが、当社ではセラミックス製品、アルミニウムの加熱プロセスが多く、人造黒鉛電極では3000℃処理の黒鉛化が必要となります。したがって、加熱炉でのAnsysの活用事例は多くあります。特に誘導加熱炉での温度場の検討はAnsysの場の連成が役立っています。
また電子材料分野でも製造プロセスでの装置設計、製造条件のスクリーニングに多用されています。

私の方では今は熱解析が多くて、ハードディスクの温度解析などを行っています。ガラスとアルミに磁性膜を蒸着する成膜加工をスパッタリングというのですが、そのスパッタをするためにハードディスクを加熱しておく必要があるのです。炉に入れて加熱する温度をどの程度にすれば良いのかを解析で検討するのです。炉の中は真空状態なので、温度計をつければ温度が下がってしまいますから実際の温度が測れないのです。ですから輻射も考慮して解析しています。

そうですね。ものにもよりますが、境界条件がたくさんあるもの、例えば部材が多くの箇所で土台と接しているような装置では、実体の温度を正確に計算するのは難しいですね。

何回も複数の計算をするときは、必ずAPDLでマクロの状態で作って、それで何回も流して使っています。

並行して使っていますよ。GUIで操作して、裏側でコマンドを見るようにして使っています。

GUIが変わっても、コマンドがずっと変わらないというのがいいですね。

バージョンが上がって追加される新しい機能を使っているわけではなくて、昔からあるAnsysの機能を使うことがほとんどですから、バージョンがあがったからという変化はあまり感じたことはないですね。何か特殊なことをする場合は、新しい機能も必要なのでしょうけど。

設定も簡単みたいですね。接触や熱も扱えるようになっていますよね。数年前に接触の定義がコンタクトウィザードで行えるようになりましたよね。あれ以降、すごく楽になりました。昔は点と点を選択して定義していましたから。

全体教育のようなものをここ何年か実施してきての感想ですが、Ansysは簡単なのですが、どうしても開発者や設計者の人が使うとなるとまだギャップがあるように感じます。そうすると、カスタマイズして使いやすい環境を整えるようなことも考えていかないといけないと思います。そこで、Ansys Workbench等でカスタマイズして、ユーザーの人たちが使うというような形が一つの理想ではないでしょうか。

動かして結果を見るためにAnsysの手順を覚えなくてはならないですよね。そうではなくてもっと簡単にボタンを押せば答えが出る、というような簡単な形にしないと、設計者が使うというところまでは難しいと思うのです。

実はそういう類似形状での検討の場面がほとんどないのです。我々がなかなか展開できなかったのは、そういう理由なんですね。アルミ関連で解析を行うようになってきて、多少は増えましたが。

今は導入していませんが、最近のDesignSpaceはいろいろな計算ができるようになってきていますよね。昔は物足りないなと思っていたのですが、非線形や熱応力もできるようになっていますから、かなり使えるようになっているかなとは思ってはいます。本当はDesignSpaceのようなものがいいのかもしれませんね。

それは十分あると思います。

全ての部署の設計プロセスで、必ず解析をしないといけないという状況には至っていません。今Ansysがある部署ではそれが仕事に組み込まれているのでどんどん使ってくれているのですが、全体としてはまだ不可欠なツールとして認知されていません。解析がなくてもなんとか作れてしまう状態もありますし。ですからそこに解析プロセスを何とか組み込んでもらおうというのが、我々の希望ですね。もちろん、アルミ部門では会社からトップダウンの指令は出ています。解析を有効活用しなさいというのは、あたりまえのように言われています。

そうですね。ただ会社としてそれを改善するための取り組みが最初にご紹介したバーチャルな組織としてのテクノロジープラットフォームなのです。その事業部の枠を超えた仮想組織の中で解析技術を全社展開していこうという動きもあるのです。

最近ICEMやCFXの買収がありましたが、それは流体方面を強化していくのですか。

化学系ということで言うと、マクロではなくてミクロの分子動力学との接点が実現されてくると、もっと魅力が増すのではないのかなと思います。たとえば、固体表面の潤滑問題のトライボロジーはマクロだけで取り扱えない領域です。また、亀裂の話などもマクロだと限界があるので、ミクロでやって繋げていくということを行われている人もいます。
その辺にAnsysが適用できるようになると面白いと思いますよ。

ホームページをもっと強化してもらいたいですね。私はよくFAQを見るのですが、サポートに電話する前にそれを見てある程度わかるようになっているとありがたいと思います。