プラントモデル

プラントモデルとは？MBDにおける役割

MBD（モデルベース開発）におけるプラントモデルとは、制御対象となる実際の機械や装置の挙動を数式モデルで再現したものを指します。モータや機械構造、熱流体システムなどの物理現象を数式モデルで表現することで、制御アルゴリズムを検証できる「実験環境」として機能します。従来は試作品を製作して評価していましたが、プラントモデルを活用することで、開発初期から制御性能や安全性を検証でき、試作回数を減らすことが可能になります。これにより、開発コスト削減やリードタイム短縮といった効果が期待できます。

プラントモデルの活用メリット

プラントモデルを用いる最大のメリットは、**「仮想空間での早期検証」**です。制御ソフトウェアを実機に組み込む前に、さまざまな動作条件や外乱環境を想定して動作確認を行えるため、リスクを大幅に低減できます。また、モデルを使うことで部門間で共通の基盤を持てるため、意思疎通が容易になり、組織横断的な開発がスムーズに進みます。さらに、複数の設計案を短時間で比較できるため、最適な構造や制御方式を選定する判断スピードも向上します。MBDサービスにおいては、こうしたプラントモデルを活用したシミュレーション環境の構築支援や、既存システムとの連携を含めた運用定着までをサポートするケースが一般的です。

プラントモデルを構築するには

プラントモデルを構築するには、「制御対象となるシステムの特性を正しく把握すること」と「使用目的の明確化」が重要です。対象はモータや機械構造、熱流体システムなど多岐にわたり、電気・機械・熱・流体といった複数の物理領域を統合的にモデル化する必要があります。物理方程式をベースにブロック図で直接モデリングすることもできますが、プラントモデリングに特化したツールも多数存在していますので、それらを使用することも検討する必要があります。選定の際には、ツール毎に得意・不得意がありますので、目的に合わせて吟味する必要があります。次に、CAE解析や実測データを用いてパラメータを設定し、モデルの精度を高めていきます。初期段階では設計検討用に簡易モデルを作成し、開発が進むにつれて高精度モデルへと発展させるアプローチが一般的ですが、シミュレーションの実行時間とシミュレーションの精度はトレードオフの関係があるので、ここでも目的が重要となります。最後に、モデルをMATLAB/SimulinkやAMESimなどのシミュレーションツールに実装し、制御アルゴリズムとの連携を確認します。さらに、モデルの妥当性を検証するためには実機データとの比較が不可欠であり、繰り返しの検証・改良によって信頼性を高めます。このように段階的な構築と検証を進めることで、開発効率を高める実用的なプラントモデルを完成させることができます。

事例/活用例

モデルベース開発（MBD）プロセス構築支援ソリューションのご紹介｜MBSE & MBDエンジニアリングサービス

MBD導入では手順不明やノウハウ不足が課題となります。サイバネットは40年の実績と研究経験を活かし、要件定義、制御・プラントモデル構築、RCP/HILS検証、テスト実行まで、MATLAB/Simulinkをベースにしたモデルベース開発を支援します。

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熱マネージメントソリューションのご提案～電動車の熱マネジメント～｜MBSE & MBDエンジニアリングサービス

本資料では、サイバネットが提供する電動車の熱マネジメントソリューションを紹介します。駆動系・バッテリー冷却や空調制御などの検討に役立つプラントモデルの構築を支援し、ライブラリやFMU連携事例も紹介します。また、大規模システムモデルの実行速度低下に対しては、ROMやサロゲートモデルを用いた高速化手法もご提案します。

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